近日，我台科研人员参与的一项水星地质与内部动力学研究取得新进展。研究发现，水星北极附近的年轻平原虽然形成时间较晚，却表现出比预期更显著的地壳挤压变形。研究进一步指出，该区域可能曾发生来自深部的低密度物质上涌，表明除整体冷却收缩外，区域性的深部内部活动也可能在较长时间尺度上持续影响水星表面构造。

水星是太阳系中体积最小、距离太阳最近的行星。水星的地貌形成与其他类地行星一样，经历了内部逐渐冷却和整体收缩的过程，坚硬的外壳受到挤压，形成大量悬崖与山脊。此次研究聚焦于水星北极附近的北部平坦平原（Northern Smooth Plains），覆盖水星表面约7%，形成于约37亿年前，在水星地质历史上属于相对年轻的地表单元。按照现有认识，水星的大部分整体收缩发生在较早时期，较晚形成的地表区域应受到较少的累计收缩变形影响。然而，研究团队对水星表面悬崖和山脊的分布及变形程度进行分析后发现，北部平坦平原反而表现出较为显著的挤压变形，单纯依靠整体冷却收缩难以完全解释这一现象。

图1 水星表面收缩构造分布，红色区域为北部平坦平原。北部平坦平原虽然形成时间相对较晚，却表现出显著的挤压变形，是本工作的研究区域（图片来源：Xie et al., 2026）

为探究其原因，研究团队进一步结合水星的重力与地形数据，并利用行星内部演化模型分析这一异常变形的可能机制。水星北部平坦平原中央存在一处宽阔而平缓的隆起，即“北部隆起”（Northern Rise）。研究结果表明，该隆起及其周边构造可能与一次来自深部的地幔上涌有关。模型显示，来自水星深部的低密度物质可从地表以下约350公里处向上运移，在受到坚硬岩石圈阻挡后向两侧扩展，形成横向尺度约730公里的深部异常结构。该过程能够抬升平原中央地表并改变周边区域的应力状态，使隆起外围产生更明显的挤压变形。

随着地幔上涌逐渐减弱，隆起本身会随内部结构调整而逐步衰减，但此前形成的长波长地形和应力状态仍可能在很长时间内继续影响表面构造活动。这意味着，水星表面一些相对年轻的断裂和挤压构造，并不一定代表近期仍存在强烈的内部活动，也可能是更早期深部动力学过程长期演化留下的结果。

图2 地幔上涌影响水星北部平坦平原构造演化的示意图。早期深部上涌形成的隆起和应力状态，可在上涌减弱后继续影响周边构造活动。（图片来源：Xie et al., 2026）

这项工作将水星表面构造特征与重力、地形观测及内部动力学过程联系起来，表明区域性的内部活动除了整体冷却收缩之外，也可能对水星长期的地貌演化产生重要影响。这一认识也为理解其他岩质行星内部动力学与表面构造之间的联系提供了参考。

在这项研究中，我台天文地球动力学研究中心龚盛夏副研究员结合水星重力与地形数据，开展了地幔上涌结构分析与动力加载模型计算，为后续数值模拟提供了参数约束。黄乘利研究员参与评估了相关模型计算结果。

该研究由香港中文大学牵头完成，论文第一作者谢景椿现为香港中文大学博士后，通讯作者为香港中文大学詹彦教授。谢景椿博士曾在我台攻读博士学位，博士期间即开展水星相关研究，此后持续从事水星地质与内部演化研究。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-74975-0

科学联系人：龚盛夏 sxgong@shao.ac.cn