据北京大学地球与空间科学学院消息，近日，由北京大学地球与空间科学学院助理教授王腾团队牵头，联合美国南加州大学和南方科技大学等研究单位，在Nature Geoscience上发表了一项重要研究成果——“Weak asthenosphere beneath the Eurasian interior inferred from Aral Sea desiccation”。该研究发现，咸海在因为人类活动干涸后很长一段时间仍然存在持续的地面抬升现象，揭示了人类活动可以导致地幔中的岩石流动，引起地球内部深处的反应。该论文被选为Nature Geoscience期刊4月份封面文章，并被选为“亮点（highlight）”论文。

期刊封面

论文截图

咸海，位于中亚腹地，哈萨克斯坦和乌兹别克斯坦的交界处，曾经是世界第四大湖，6.4万平方公里的湖泊面积几乎相当于斯里兰卡的国土面积。咸海本应该是中亚一块璀璨的蓝宝石，因湖中有1000余个小岛，而被称作是“Aral Sea”（在突厥语中意为“岛之海”），然而人类活动改变了这一切。由于咸海是一个封闭内陆湖泊，因此水源主要由发源于天山山脉的锡尔河和源于帕米尔高原东南部高山冰川的阿姆河供给。自20世纪60年代初以来，当地政府为了发展经济，大量种植棉花，在锡尔河和阿姆河上修建了多个水坝用于灌溉。当人类活动超过当地的生态承载力，咸海开始迅速萎缩，1986年，咸海分为北咸海和南咸海；2007年，南咸海又进一步分为东咸海和西咸海，直到现在，东咸海已经完全消失。

水文资料显示，从1960年到2018年，咸海的总体积减少了1013.69立方千米，按照蒸发的纯水计算，这导致了超过1万亿吨的地表质量消失。

图1 咸海的历史变迁

通常情况下，岩石具有黏弹性，如果岩石突然破裂，在几秒钟到几分钟内形成一个断层，那么它就会表现出弹性，产生地震。但是，当深部岩石在高温和高压下，会表现出流体的行为，通常用黏度来衡量流动性大小。咸海巨量的湖水会压低地下岩石，当这一质量被移除时，岩石就会就在短时间内进行反弹，就像释放被压缩的弹簧，同时，深部岩石的黏性效应会在更长的时间尺度上起作用产生回流，并在地表形成长期、缓慢的隆起。这样的地表形变通常只有每年几毫米到几厘米。

合成孔径雷达干涉测量技术（InSAR）可以进行大范围的地表形变测量。经过3年的努力，研究团队处理了覆盖咸海盆地约58万平方公里、上百TB的雷达数据，创新地提出了“结合长短时间基线干涉图”的方法来克服大气信号的影响，并成功提取咸海地区大范围的地表形变。

InSAR结果表明，2016年至2020年期间，尽管咸海已基本干涸，但在咸海原始范围以外的大片区域仍存在地表隆起，隆起模式类似一个倒扣的“碗”，最大的垂直形变位于咸海中心，每年约7毫米，一直延伸到周边500公里才趋近于0，即形变的波长约为500公里。

模拟结果显示，咸海的地表形变主要是由深度范围为130—190km的软流圈黏弹性响应引起，有效黏度的范围为4—7×1019Pa·s，这一黏度值略大于俯冲带地幔，但比极地地盾下方软流圈黏滞系数小1—2个数量级，同时这也意味这种变化缓慢的形变已经进行了几十年，并还将持续下去。

图2 咸海干涸揭示的欧亚板块内部流变结构和软流圈黏滞系数

该研究证实了人类的活动会刺激软流圈的反应，引发地质尺度的构造运动，不仅填补了欧亚大陆内部上地幔流变学的研究空白，还为地球深部过程和地表地貌演化之间的相互作用提供了新的见解，并为研究人类活动对地球系统的深远影响提供了科学支撑。发表于同期的评论文章指出：“尽管咸海的干涸造成了重大的环境灾害，但（其质量损失）可以用来探索深部地球，为理解深部岩石性质提供了新的见解。”

该论文第一作者为北京大学地球与空间科学学院2024届博士毕业生樊文智，王腾为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金委创新群体项目（42021003）的资助。