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从岩石圈到软流圈

发布时间: 2010-10-19 16:10:00 来源:?中国地震信息网

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  根据最新的实验岩石学分析结果显示,组成上部地函最主要的岩石,二辉橄榄岩(lherzolite)中所含的钙镁角闪石(pargasite),是上部地函中储存「水」的最主要矿物。而这种矿物在3GPa的压力下(约相当于90公里深处)会迅速丧失储存水的能力,因而导致上部地函岩石产生部分熔融所需要的温度下降到地温梯度之下,也就造成了软流圈的形成。 

  在板块构造学说的叙述中,岩石圈(由地壳及最上部的地函所组成)是位在岩石力学性质较弱的软流圈之上移动,才造成板块运动。一般相信软流圈的形成,是由于水、二氧化碳及甲烷等挥发性气体的存在,导致岩石可以在比较低的温度之下产生部分熔融,因而降低了岩石强度的结果。 

  但是根据中洋脊玄武岩所估算出的原始岩浆成分显示,其中大约只有0.1%的水以及100 P.P.M.的二氧化碳,这些挥发性气体的含量至多只能降低约30℃的熔融温度。再以中洋脊地区5到20%的部分熔融程度来推估,上部地函的原始成分中大约只含有50到200 P.P.M.的挥发性气体成分,这对于降低岩石部分熔融所需要的温度来说,影响相当有限。所以对于软流圈究竟是如何形成,仍存有相当多的争议。 

  钙镁角闪石是组成上部地函的二辉橄榄岩中,储存「水」的最主要矿物。根据最新的实验岩石学研究结果显示,由于压力会影响钙镁角闪石的组成(主要是钠、钾的含量),因此在压力大于2.5GPa之后,钙镁角闪石的储水性便开始下降。并在压力达到3GPa(约相当于90公里深处)之后,迅速失去绝大部分的储水能力,将水释放出来。结果降低了岩石产生部分熔融所需的温度导致岩石发生部分熔融,并降低了岩石的强度而形成软流圈。 

  软流圈的存在以及它的特性,一直以来都受到相当多的讨论与想象。毕竟也正是因为软流圈的特殊性质,才会让地球表面的板块运动如此多变又复杂。经由实验,我们可以推论更多关于地底下的性质;但是当我们对地底下的情形有越来越多的推论时,似乎会让我们更希望有机会能亲自到地底下一探究竟啊! 

  原始论文: 

  Green, D. H., William O. Hibberson, István Kovács& Anja Rosenthal, 2010, Water and its influence on the lithosphere–asthenosphere boundary, Nature, V467, P448–451. 

                                       董军摘自:地球科学网


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