香港大學地球與行星科學系領銜的團隊，利用先進的數值模型，首次將行星構造體制分類為六種，並發現了一種全新的「間歇性 － 粘蓋層」體制。這為地球板塊構造的起源提供關鍵線索，亦為解讀金星的地質特徵提供了強大的理論框架。研究成果已刊登於《自然 － 通訊》。

論文：

• https://doi.org/10.1038/s41467-025-65943-1

研究背景

類地行星的構造體制，指行星表層的大規模變形及其形成過程，是決定行星演化的關鍵因素之一。例如，火星的「停滯蓋層」體制使其表面缺乏活躍的運動，從而保留了大量古老且滿佈隕石坑的地貌。相反，地球則處於「活動蓋層」體制，洋中脊、轉換斷層及俯衝帶構成了板塊邊界網絡，在億萬年的時間尺度中穩定了地球的大氣與氣候，促進了生物演化，例如二氧化碳或水，會因板塊構造運動而埋藏至地球內部，或在火山活動中釋放至大氣，帶來大致平衡的地表環境。

一直以來，為何地球擁有活躍的板塊構造，而其姊妹行星金星卻呈現截然不同的地質特徵，是行星科學的一大謎團。過去，科學界還提出了「遲滯蓋層」和「深成 － 粘蓋層」等構造體制，但它們之間的關係，以及它們與太陽系內類地行星的聯繫，仍不明確。

研究成果

港大地球與行星科學系莫秀琼基金教授趙國春教授帶領的國際團隊，首次將行星構造體制系統分類為六種，包括現代地球所屬的「活動蓋層」、火星的「停滯蓋層」、新識別出的「間歇性 － 粘蓋層」等。後者的特徵是兩種活動模式交替出現。這為理解行星如何從不活躍狀態過渡到活躍狀態提供了新視角。團隊建立了一張圖表，全面描繪在不同物理條件下的各種構造體制，揭示了行星隨時間冷卻而可能經歷的轉變路徑。

來自六個模擬的快照，展示了類地行星截然不同的構造體制，包括新發現的「間歇性 － 黏蓋層」體制；每個快照顯示地幔和地殼中的溫度（左）和玄武岩比例（右）

左起：李文愷教授、呂天阳博士、趙國春教授

團隊發現，地球早期的構造活動與新識別的「間歇性 － 粘蓋層」體制特徵相符；隨着地球逐漸冷卻，其岩石圈在特定物理機制下更易破裂，最終催生了現代的板塊構造。這是理解地球成為宜居行星的重要拼圖。

這一構造體制框架，也為金星神秘的地質特徵提供了有力的解釋。模型顯示，金星表面的一些特徵、例如直徑超過 1000 公里的圓形冕狀構造，與「深成 － 粘蓋層」或「間歇性 － 粘蓋層」體制高度吻合，而在這些體制中，岩石圈蓋因岩漿侵入而減弱，形成由地幔柱主導的區域性、間歇性構造活動，而非全球性板塊邊界網絡的活動蓋層。

展示地球和金星潛在演化路徑的圖表

一般認為，預測行星構造演化的一大挑戰是「記憶效應」（或稱遲滯現象），即行星的構造狀態不僅取決於當前的物理條件，還受到其漫長歷史的制約。不過團隊的模型顯示，構造體制之間的轉換可能比預期的更可預測，尤其在岩石圈隨時間減弱的情況下。

團隊表示，本研究將地幔對流與岩漿活動緊密聯繫起來，讓科學家能夠在統一的理論框架下審視地球漫長的地質歷史和金星的現狀，也為太陽系外潛在宜居的類地行星以及超級地球的搜索，提供了關鍵的理論基礎。

研究團隊

論文第一作者是港大地球與行星科學系的呂天阳博士。共同通訊作者包括同一學系的李文愷教授、中國科學院大學的李忠海教授、倫敦大學學院的 Maxim D. Ballmer 博士。

來源：香港大學

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