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軟流圈
1926年古登堡提出的圈層
基本信息
| 外文名 | Asthenosphere |
| 提出人 | 古登堡 |
| 類(lèi)型 | 上地幔 |
概述
軟流圈
地球之巖石圈(Lithosphere)下之軟層圈為軟流圈(Asthenosphere)。軟流圈呈低震波速度，而其震波吸收率較高，而可能部分呈熔融狀態(tài)。此層圈可能有對流(Convection)現象，因此稱(chēng)之為軟流圈。此層圈具有活動(dòng)性(Mobility)，因此亦可以為活動(dòng)圈或活動(dòng)帶(ZoneofMobility)。此圈內可能有巖漿。此圈為地殼均衡(Isostasy)之調整帶。軟流圈相當于上部地幔(UpperMantle)。
根據地球圈層的熱力學(xué)性質(zhì)和變形物理環(huán)境，以及地震波速帶，又可以將地球劃分為巖石圈（Lithosphere）、軟流圈（Asthenosphere）、中間圈（mesosphere）和地核。巖石圈是固體地球的表層，它的定義是“地球的剛性外殼層，是由一些能夠相互獨立運動(dòng)的離散型板塊構成的。概言之，板塊的這種組合就成為巖石圈。根據現有模型，巖石圈板塊在洋脊上形成，在俯沖帶沉入地球內部”（美國地球動(dòng)力學(xué)委員會(huì )，1987）。軟流圈是易于蠕動(dòng)變形和緩慢移動(dòng)的軟弱層，是巖石圈之下包括上地幔低速層以下至過(guò)渡帶上部的統稱(chēng)。正是由于軟弱層對剛硬層的控制作用才形成了板塊構造。因此，包括地殼和地幔蓋層的巖石圈，特別是大陸巖石圈及軟流圈是板塊構造及大陸動(dòng)力學(xué)研究的重點(diǎn)。
命名
軟流圈
依據震波速度之不連續性，可將地球內部分成(由上而下)：地殼(EarthCrust)，地幔(Mantle)及地核(Core)三帶。此分帶與上述分圈不同。軟流圈大致相當于上部地幔，中心圈大致相當于下部地幔及地核。
特點(diǎn)
科學(xué)家認為：軟流圈的強度減弱來(lái)自於水在地函的組成礦物之ㄧ斜方輝石中的溶解度突然降低，導致較多的水保留在橄欖石中，因產(chǎn)生部份熔融、使得軟流圈相對於地函其他部分黏滯度較小，更容易變形、流動(dòng)。剛性的板塊坐落在強度較弱的軟流圈彼此的相對運動(dòng)、在不同邊界上產(chǎn)生種種的地表構造，這是板塊學(xué)說(shuō)重要的根基。根據地球物理的觀(guān)測，相對于巖石圈，震波在軟流圈傳播的速度較慢、并且具有較高的導電度，科學(xué)家推測：軟流圈的粘滯度的確比上方的巖石圈及下方的地函來(lái)得小，深度大約在從60公里到220公里不等。過(guò)去認為，軟流圈強度減弱來(lái)自地函物質(zhì)在此產(chǎn)生部份熔融，因震波不易在液體中傳播，使得震波速度減慢。至於產(chǎn)生部份熔融的機制，則並不清楚。
地幔不均
軟流圈
2008年3月20日，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所年輕學(xué)者劉傳周博士及其合作者在Nature 2008年452卷上以論文的形式，發(fā)表了他們對來(lái)自世界上擴張速率最慢的北極Gakkel洋脊的大洋橄欖巖的研究成果，對傳統觀(guān)點(diǎn)提出了創(chuàng )新性的認識。論文題目為《北冰洋Gakkel洋脊下方存在古老且不均一的地幔》。
軟流圈是指地球淺部巖石圈以下至660公里不連續面以上，剛性較弱且能夠發(fā)生長(cháng)期緩慢變形的地幔部分，是討論殼幔相互作用等一系列地質(zhì)過(guò)程的重要參考體系。軟流圈的對流也是地球表層板塊構造運動(dòng)的主要“引擎”。軟流圈地幔的物理性質(zhì)和化學(xué)成分一直是目前地學(xué)界關(guān)注的重點(diǎn)。但軟流圈地幔是否具有均一的化學(xué)成分這一問(wèn)題，還爭議很大。
之前國際學(xué)術(shù)界普遍認為，發(fā)生在軟流圈中的元素擴散及地幔對流可以有效消除軟流圈中不同規模的不均一性，這得到了對于來(lái)源于軟流圈地幔的大洋中脊玄武巖研究的支持。
受中國科學(xué)院在讀博士生赴外研修獎學(xué)金以及馬普學(xué)會(huì )博士生獎學(xué)金的聯(lián)合資助，劉傳周在博士研究生階段對選自北冰洋Gakkel洋脊兩個(gè)采樣點(diǎn)的大洋橄欖巖樣品開(kāi)展了相關(guān)礦物巖石地球化學(xué)工作，其中一個(gè)采樣點(diǎn)的橄欖巖樣品非常新鮮。全巖的Re-Os（錸―鋨）同位素結果表明，在同一個(gè)采樣點(diǎn)的尺度范圍內(<5千米)，地幔的Os同位素存在著(zhù)高度的不均一性。同時(shí)，兩個(gè)采樣點(diǎn)的方輝橄欖巖均具有極低的Os同位素比值，反映Gakkel洋脊下方存在20億年左右的古老地幔。由于遭受過(guò)古老的熔體抽取，這些古老的地幔變得更為難熔。因而，當這些古老的地幔重新進(jìn)入到Gakkel洋脊時(shí)，它們發(fā)生部分熔融的程度很低或者不再發(fā)生部分熔融。
這項研究的結果表明，部分大洋橄欖巖和與之相伴生的大洋中脊玄武巖之間可能并不存在成因上的聯(lián)系，而是代表了殘存在軟流圈中的古老地幔。這些難熔的古老地幔由于不參與部分熔融或熔融程度很低，它們的成分因而不能通過(guò)大洋中脊玄武巖體現出來(lái)。以前利用大洋中脊玄武巖來(lái)估計軟流圈地幔的成分由于忽略了這些更為難熔的古老地幔，可能會(huì )過(guò)高地估計軟流圈地幔的飽滿(mǎn)程度。同時(shí)，還說(shuō)明古老地幔可以長(cháng)時(shí)間(數十億年)地殘存在軟流圈地幔中。正是這些古老地幔的存在，模糊了軟流圈地幔與巖石圈地幔在Os同位素上的差異，因此運用Re-Os同位素對巖石圈地幔和蛇綠巖進(jìn)行定年時(shí)須倍加小心。
地質(zhì)與地球物理所所長(cháng)助理國連杰在接受《科學(xué)時(shí)報》記者采訪(fǎng)時(shí)表示，自2000年以來(lái)，地質(zhì)與地球物理所先后以第一作者和第一署名單位在Nature發(fā)表了6篇研究論文。“此前6篇Nature文章研究的主要是中國境內的地質(zhì)問(wèn)題，而劉傳周則是以全球地質(zhì)重大問(wèn)題為視野開(kāi)展研究工作的，涉及的是固體地球科學(xué)的關(guān)鍵研究領(lǐng)域，也是我們地質(zhì)與地球物理所知識創(chuàng )新工程的重要研究主題。他是在博士后站工作不足半年的年輕科研人員，既是這篇論文的第一作者也是通訊作者，在研究思路、實(shí)驗分析技術(shù)與方法、結果解釋和論文撰寫(xiě)等方面作出了實(shí)質(zhì)性貢獻。”
參考資料
中國網(wǎng) http://www.china.com.cn/info/zhuanti/dzzs/2008-05/22/content_15415957.htm
經(jīng)訊 http://www.jingxun.net/100ke/se3.asp?/view/305179.htm
人民網(wǎng) http://scitech.people.com.cn/GB/7039418.html
山東省防震減災信息網(wǎng) http://www.eqsd.gov.cn/kjdg/k80414rl.htm
中國公眾科技網(wǎng) http://earth.cpst.net.cn/2004_06/1088426273.html
中國國土資源網(wǎng) http://www.clr.cn/front/chinaResource/read/member-info.asp?ID=74742
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