安第斯山脉是典型的俯冲型造山带，由纳斯卡板块与南美大陆板块汇聚形成（图1）。其隆升机制可分为构造与气候两类：构造机制关注俯冲板块年龄、俯冲角度、岩石圈厚度等因素，而气候机制强调侵蚀、沉积及板块界面耦合的作用。近年来，冰川消融作为气候驱动因素的重要性逐渐凸显，但其对俯冲动力学的影响仍需深入探讨。
图1（a）根据Pons等人（2022）修改的中部安第斯山脉结构图；（b）气候构造响应时间图
为解决这一问题，吉林大学李世超教授团队通过建立多个二维粘弹性-塑性俯冲模型，结合冰川加载条件，模拟了冰川消融对山脉隆升的直接影响。研究通过控制冰川厚度、消融速率及加载位置等参数，揭示了冰川消融对安第斯山脉快速隆升的显著影响。研究结果表明，冰川厚度与消融速率是影响造山过程的关键因素，冰川负载越大、消融速率越高，山脉隆升速度越快。冰川均衡调整（GIA）是控制冰川期侵蚀-沉积过程的关键因素，进而影响区域俯冲与造山动力学。这些发现为在造山过程中气候-构造相互作用提供了新的见解。
具体研究成果如下：
1.研究揭示了冰川消融对安第斯山脉俯冲动力学的影响。通过对比不同冰川加载条件下的俯冲模型，可以观察到冰川厚度与消融速率显著改变俯冲板片形态。例如，5 km冰川负载（Model 9）使板片角度减小至50.38°，且板片尖端更深（图2）。同时应力场也显示冰川加载导致大陆岩石圈-软流圈边界（LAB）压缩应力增强，而大洋伸展区更显著。表面应力演化则显示冰川加载初期（0–250 km区域）以压应力为主；消融开始后，应力区向大陆内部转移（1100–1300 km），反映冰川反弹与俯冲动力学的耦合（图3）。
图2 未施加冰川的模型0和冰川快速消融组(模型3，6，9，对应融化速度1 m/yr，冰川高度1，3，5 km)的板块俯冲形态演化图
图3 未施加冰川的模型0和冰川快速消融组的板块俯冲偏应力σxy和速度场图（左）和表面应力σxx和σyy图
2.揭示了冰川消融对俯冲动力学的阶段性影响。主要划分成三个阶段，阶段一（图4a-b）：冰川持续积累至最大厚度（5 km），垂直应力增加，上覆板块以<10–5 m/年速度下沉。上覆板块受压推动大洋板块前端，导致海沟初始位置东偏20–30 km。俯冲界面摩擦应力增强（位错蠕变效应），抑制板片回撤，与经典理论一致。阶段二（图4c-d）：冰川消融开始与板片反弹。反弹首先发生于大洋板块前端（模型900–1000 km处），随后沿地壳扩展。大陆板块因反弹前移，抵消俯冲作用，导致板片短暂变浅，俯冲速度受反弹强度调控。阶段三（图4e-f）：冰川完全消融后调整恢复至稳态。消融完成后，反弹效应终止，地幔对流速率回归正常。
图4 模型7（融化速度0.01 m/yr,冰川高度5 km）反映出冰川消融影响俯冲作用的三个阶段
3.提出了冰川消融影响板块俯冲的完整机制：提出了冰川消融影响板块俯冲的完整机制：冰川消融通过改变岩石圈应力场和均衡调整，直接或间接调控俯冲板片角度、海沟迁移及隆升速率。这一过程在冰川厚度较大时尤为显著，为理解气候-构造相互作用提供了量化依据（图5）。
图5 安第斯山脉演化过程中冰川消融影响板块俯冲机制图
以上研究成果近期发表在地学领域国际重要期刊《Earth and Planetary Science Letters》上，硕士研究生王伟安为论文第一作者，李世超教授为论文通讯作者，参与本项研究的还有魏虹羽、赵哲仁、王洪涛和何笑琪。该工作由国家重点研究发展计划项目和国家自然科学基金联合资助。研究的详细信息请参考原文。
论文信息：
Weian Wang, Shichao Li, Hongyu Wei, Zheren Zhao, Hongtao Wang, Xiaoqi He, 2025. Glacial melting accelerates andean uplift: Insights from 2D viscoelastic-plastic subduction models: Earth and Planetary Science Letters. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119386.
