中国地质大学（北京）在板块构造演化研究领域取得新进展
在国家自然科学基金项目（项目编号：41430320）和国家重点研发专项（项目编号：2016YFC0600501）等资助下，中国地质大学（北京）成秋明教授运用分形密度（Fractal density）数学理论和奇异性计算模型对全球同位素年龄数据和地幔温度数据进行时间序列分析，预测板块构造未来演化趋势，并取得了重要进展。研究成果以“Extrapolations of secular trends in magmatic intensity and mantle cooling: Implications for future evolution of plate tectonics”（岩浆强度和地幔冷却长期趋势推断：对板块构造未来演化的影响）为题，发表在《Gondwana Research》上，获得了国际学术界广泛关注，并被美国国家地理网站报道。论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1342937X18302041。
一般认为，45亿年前，原始地球诞生时是一个质量相对均匀的星球，但随着放射性物质衰变、高密度物质下沉过程中释放的大量热能，地球温度大幅提升，其内部开始流动，并最终形成地球的圈层分异。此后，下地幔对流作用成为了板块运动的原始驱动力，其演化导致了岩石圈板块的离散、汇聚、碰撞等过程及伴随的岩浆活动等等。针对板块运动开始时间和启动机制等问题，学术界开展了广泛的探讨：一些科学家认为板块的形成和板块构造运动的关键因素是地幔对流的局部应力大于岩石圈的应力，温度是影响这一因素的关键参数。根据现有的岩石学和热力学模型，随着同位素的逐步衰变和地球储存热量的辐射散失，地球将逐步降温冷却，地幔与地壳之间的相互作用强度将会逐渐减弱，板块构造运动也将逐步停止。然而，“板块何时停止运动？”是长期以来悬而未解、鲜有涉及的难题。
目前认为，全球锆石 U-Pb年龄峰值与大陆地壳的幕式演化和生长速率相关，年龄峰值代表了幕间频繁的岩浆活动，也代表了剧烈的板块运动。在本项研究中，成秋明教授分析了锆石U-Pb年龄数据峰值和岩浆活动强度的关联性，进一步研究了其对地球冷却程度的指示作用。成秋明利用全球27万多条锆石年龄数据进行了详细研究后发现：虽然代表重大板块运动地质事件的数据的条数比例受样品种类、取样位置以及测量分析方法等因素的干扰，但年龄峰值仍存在一致的内在特征—峰值周围的年龄遵循分形密度幂律分布。利用该团队提出的局部奇异性分析方法（LSA），求取了峰值的奇异性指数，这一指数能反映板块构造运动过程中，诸如板片断离、岩石圈拆沉和地幔柱等事件对岩浆活动的影响程度，并可作为表征板块构造演化的重要指标。进一步研究表明，奇异性指数峰值随着地球系统的幕式演化呈现下降趋势，这一峰值将在14.5亿年后趋于消失，代表了地球的板块活动将在此时停止。此外，成秋明教授进一步利用地幔温度测试分析数据建立了地幔温度随板块构造演化时间的变化模型。根据模拟计算结果，地球在14.5亿年后，地幔预测温度将降低到1100℃以下，即达到地幔固化温度界线，从而形成较厚的岩石圈和固体地幔，将失去地幔对流对板块活动的驱动能力，板块运动趋于停止。
成秋明教授的研究首次通过地球本身的内部属性和机制（地球能量减少）对地球板块构造演化进行预测，不仅有助于回答“地球板块何时停止运动”这一科学问题，而且也将激励科学家从不同角度探索板块构造未来演化的奥秘。在接受美国国家地理网站采访时（https://www.nationalgeographic.com/science/2018/08/news-happens-plate-tectonics-end-earth-mountains-volcanoes-geology/），美国地质调查局地质灾害学家Hudnut教授高度评价这项工作，他指出： “预测地球未来的地质事件，哪怕是短期内的，都是对当前人类预测能力的挑战，虽然没有哪篇预测论文是完美无暇的，但该项工作突显了研究问题的复杂性和我们对地球家园如何运动的认知缺陷”。 德克萨斯大学阿灵顿分校的板块构造学家Scotese认为: “不同模型有助于认识板块构造为什么在地球上发生，对板块构造未来的了解或许可应用于对地球过去的研究”。 成秋明团队相关成果还发表在Scientific Report, Geophysical Research Letters, Journal of Geophysical Research: Solid Earth等期刊上。