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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(xiàn)象，因此稱之為軟流圈。此層圈具有活動性(Mobility)，因此亦可以為活動圈或活動帶(ZoneofMobility)。此圈內(nèi)可能有巖漿。此圈為地殼均衡(Isostasy)之調(diào)整帶。軟流圈相當(dāng)于上部地幔(UpperMantle)。
根據(jù)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(dú)立運(yùn)動的離散型板塊構(gòu)成的。概言之，板塊的這種組合就成為巖石圈。根據(jù)現(xiàn)有模型，巖石圈板塊在洋脊上形成，在俯沖帶沉入地球內(nèi)部”（美國地球動力學(xué)委員會，1987）。軟流圈是易于蠕動變形和緩慢移動的軟弱層，是巖石圈之下包括上地幔低速層以下至過渡帶上部的統(tǒng)稱。正是由于軟弱層對剛硬層的控制作用才形成了板塊構(gòu)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(gòu)造及大陸動力學(xué)研究的重點(diǎn)。
命名
軟流圈
依據(jù)震波速度之不連續(xù)性，可將地球內(nèi)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(dāng)于上部地幔，中心圈大致相當(dāng)于下部地幔及地核。
特點(diǎn)
科學(xué)家認(rèn)為：軟流圈的強(qiáng)度減弱來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(dǎo)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。剛性的板塊坐落在強(qiáng)度較弱的軟流圈彼此的相對運(yùn)動、在不同邊界上產(chǎn)生種種的地表構(gòu)造，這是板塊學(xué)說重要的根基。根據(jù)地球物理的觀測，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(dǎo)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得小，深度大約在從60公里到220公里不等。過去認(rèn)為，軟流圈強(qiáng)度減弱來自地函物質(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(jī)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)表了他們對來自世界上擴(kuò)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(tǒng)觀點(diǎn)提出了創(chuàng)新性的認(rèn)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(xù)面以上，剛性較弱且能夠發(fā)生長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)過程的重要參考體系。軟流圈的對流也是地球表層板塊構(gòu)造運(yùn)動的主要“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)成分這一問題，還爭議很大。
之前國際學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為，發(fā)生在軟流圈中的元素?cái)U(kuò)散及地幔對流可以有效消除軟流圈中不同規(guī)模的不均一性，這得到了對于來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洋脊兩個采樣點(diǎn)的大洋橄欖巖樣品開展了相關(guān)礦物巖石地球化學(xué)工作，其中一個采樣點(diǎn)的橄欖巖樣品非常新鮮。全巖的Re-Os（錸―鋨）同位素結(jié)果表明，在同一個采樣點(diǎn)的尺度范圍內(nèi)(<5千米)，地幔的Os同位素存在著高度的不均一性。同時，兩個采樣點(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。由于遭受過古老的熔體抽取，這些古老的地幔變得更為難熔。因而，當(dāng)這些古老的地幔重新進(jìn)入到Gakkel洋脊時，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(xiàng)研究的結(jié)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大洋中脊玄武巖體現(xiàn)出來。以前利用大洋中脊玄武巖來估計(jì)軟流圈地幔的成分由于忽略了這些更為難熔的古老地幔，可能會過高地估計(jì)軟流圈地幔的飽滿程度。同時，還說明古老地幔可以長時間(數(shù)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(yùn)用Re-Os同位素對巖石圈地幔和蛇綠巖進(jìn)行定年時須倍加小心。
地質(zhì)與地球物理所所長助理國連杰在接受《科學(xué)時報(bào)》記者采訪時表示，自2000年以來，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(nèi)的地質(zhì)問題，而劉傳周則是以全球地質(zhì)重大問題為視野開展研究工作的，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(yàn)分析技術(shù)與方法、結(jié)果解釋和論文撰寫等方面作出了實(shí)質(zhì)性貢獻(xiàn)。”
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(zāi)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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