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由香港大學（港大）地球與行星科學系博士後研究員呂天阳博士、李文愷教授（兼物理學系），及莫秀琼基金教授趙國春教授帶領的國際研究團隊，在理解類地行星構造演化方面取得了重大突破。他們利用先進的數值模型，首次將行星構造體制系統分類為六種，並發現了一種全新的「間歇性-粘蓋層」體制。這項研究不僅為揭示地球板塊構造的起源提供關鍵線索，亦為解讀金星神秘的地質特徵提供了強大的理論框架。研究成果已刊登於學術期刊《自然·通訊》（Nature Communications）。

六種構造體制　揭示行星的演化路徑

類地行星的構造體制是指行星表層的大規模變形及其形成過程，直接影響星球的地質活動、內部演化、磁場、大氣成分，甚至決定其是否適合孕育生命。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。

構造體制則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，保留了大量古老且佈滿隕石坑的地貌。相反，地球則處於「活動蓋層」體制，擁有洋中脊、轉換斷層及俯衝帶構成的板塊邊界網絡。雖然這些板塊邊界與地震、火山爆發等地質災害息息相關，但板塊構造在億萬年的時間裡穩定了地球的大氣與氣候，並促進了生物演化。例如，氣候活性物質如二氧化碳或水，會因板塊構造運動隨著海洋沉積物埋藏至地球內部，但也可能經過在地幔中長期儲存後，在火山活動中重新循環至大氣，從而導致大致平衡的地表環境。

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。「通過對大量模型數據進行統計分析，我們首次定量識別出六種構造體制。」論文第一作者呂天阳博士解釋道，「這些包括現代地球的活動蓋層、火星的停滯蓋層，以及我們新發現的『間歇性-粘蓋層』。後者特徵是兩種活動模式交替出現，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。」

破解「記憶效應」    解讀行星的構造密碼

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，還受到其漫長歷史制約。「我們的模型顯示，這種『記憶效應』並非不可逾越。」李文愷教授解釋，「尤其當演化路徑與地球類似，且岩石圈隨時間減弱，構造體制之間的轉換可能比預期更可預測。這一發現大幅提升了我們框架的預測能力。」

研究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可能經歷的轉變路徑。身兼中國科學院院士的趙國春教授補充道：「地質記錄顯示，早期地球的構造活動與我們新識別的體制特徵相符。隨著地球逐漸冷卻，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。」

這些發現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，如直徑超過1,000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。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。研究合著者、中國科學院大學李忠海教授指出：「將我們的模型結果與金星的地質觀測進行對比令人興奮。這為未來的金星探測任務提供了重要的理論依據和觀測目標。」

這項研究建立了一個分類和理解行星構造多樣性的新框架，為未來的行星探索提供了工具。另一位論文的共同作者、來自倫敦大學學院的 Maxim D BALLMER 博士總結道：「我們的模型將地幔對流與岩漿活動緊密聯繫起來，讓我們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，也為尋找太陽系外尋找潛在宜居的類地行星和超級地球提供了關鍵的理論基礎。」

如欲了解更多詳情，請參閱發表於《自然·通訊》的研究論文《剖析類地行星構造蓋層體制的謎題》（Dissecting the puzzle of tectonic lid regimes in terrestrial planets）：https://doi.org/10.1038/s41467-025-65943-1

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