2021-07-24 17:05:51

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软流圈,地质学专业术语,是指地壳岩石圈以下的圈层在地下60~250公里之间,位于地幔上部。地震波的波速在这里明显下降;又称低速带。据推测,这里温度约1300℃左右,压力有3万个大气压,已接近岩石的熔点,因此形成了超铁镁物质的塑性体,在压力的长期作用下,以半粘性状态缓慢流动,故称软流圈。板块构造理论地幔对流运动,就是在软流圈中进行的。岩石圈板块就是在软流圈之上漂移的。

基本信息

  • 中文名

    软流圈

  • 外文名

    Asthenosphere

折叠 编辑本段 定义

软流圈(Asthenosphere)是指在距地球表面(earth surface)以下约100公里的上地幔(mantle)中,有一个明显的地震波(seismic wave)的低速层,这是由古登堡在1926年最早提出的,称之为软流圈(asthenosphere),它位于上地幔的上部(upper mantle),岩石圈(Lithosphere)之下。在洋底(under oceanic crust)下面,它位于约60公里深度以下;在大陆地区(continental crust),它位于约120公里深度以下,平均深度约位于60~250公里处。现代观测和研究已经肯定了这个软流圈层(Asthosphere)的存在。也就是由于这个软流圈(asthosphere)的存在,将地球外圈与地球内圈区别开来了。地球之岩石圈(Lithosphere)下之软层圈为软流圈(Asthenosphere)。软流圈(asthenosphere)呈低震波速度,而其震波(seismic wave)吸收率较高,而可能部分呈熔融状态。此层圈可能有对流(Convection)现象,因此称之为软流圈(asthenosphere)。此层圈具有活动性(Mobility),因此亦可以为活动圈或活动带(ZoneofMobility)。此圈内可能有岩浆(magma)。此圈为地壳均衡(Isostasy)之调整带。软流圈相当于上部地幔(UpperMantle)。

根据地球圈层的热力学性质和变形物理环境,以及地震波速带(seismic wave),又可以将地球划分为岩石圈(Lithosphere)、软流圈(Asthenosphere)、中间圈(Mesosphere)和地核(core)。岩石圈(lithosphere)是固体地球的表层(surface),它的定义是"地球的刚性外壳层,是由一些能够相互独立运动的离散型板块构成(plates tectonic)的。概言之,板块(plates)的这种组合就成为岩石圈(lithosphere)。根据现有模型(models),岩石圈板块(continental crust)在洋脊上形成,在俯冲带(subduction zone)沉入地球内部"(美国地球动力学委员会,1987)。软流圈是易于蠕动变形和缓慢移动的软弱层,是岩石圈之下包括上地幔低速层以下至过渡带上部的统称。正是由于软弱层对刚硬层的控制作用才形成了板块构造。因此,包括地壳和地幔盖层的岩石圈,特别是大陆岩石圈及软流圈是板块构造及大陆动力学研究的重点。

折叠 编辑本段 命名

软流圈由巴拉鹿(J.Barrel,西元一九一四年)命名并介绍。巴拉鹿基于强度将地球之内部分成三软流圈位置软流圈位置带或三圈,由上而下,为岩石圈(Lithosphere)、软流圈(Asthenosphere)及中心圈(Centrosphere)。岩石圈为地球的外圈,相当于地壳(EarthCrust)或矽铝带(SialZone)之部分,其厚度约达一百公里。岩石圈其有刚性(Rigidity),并形成横造板快(TectonicPlates)。岩石圈下,几乎无直接观察之方法,因此地质学家依据各种自然现象及地球物理之测勘。而假定有种种层圈之存在。当火山喷发时,常有极高温之熔岩或岩浆之喷出,因此主张在岩石圈下,必有一软流圈或火圈它(Pyrosphere)之存在。岩石圈下之软流圈为较弱的层圈,具有可塑性或黏性流,因此较岩石圈易变形:软流圈或火圈之下,地球之核心部分,必有中心圈之存在。

依据震波速度之不连续性,可将地球内部分成(由上而下):地壳(EarthCrust),地幔(Mantle)及地核(Core)三带。此分带与上述分圈不同。软流圈大致相当于上部地幔,中心圈大致相当于下部地幔及地核。

折叠 编辑本段 特点

科学家认为:软流圈的强度减弱来自于水在地函的组成矿物之一斜方辉石中的溶解度突然降低,导致较多的水保留在橄榄石中,因产生部分熔融、使得软流圈相对于地函其他部分黏滞度较小,更容易变形、流动。刚性的板块坐落在强度较弱的软流圈彼此的相对运动、在不同边界上产生种种的地表构造,这是板块学说重要的根基。根据地球物理的观测,相对于岩石圈,震波在软流圈传播的速度较慢、并且具有较高的导电度,科学家推测:软流圈的粘滞度的确比上方的岩石圈及下方的地函来得小,深度大约在从60公里到220公里不等。过去认为,软流圈强度减弱来自地函物质在此产生部分熔融,因震波不易在液体中传播,使得震波速度减慢。至于产生部分熔融的机制,则并不清楚。

折叠 编辑本段 地幔不均

中国青年学者发现软流圈地幔不均一性新证据:"对北冰洋新鲜样品开展的相关矿物岩石地球化学工作表明,北冰洋Gakkel洋脊下方存在古老且不均一的地幔。古老地幔能在软流圈中长时间保存,这说明地幔对流作用并非像传统认识的那样可以高效地消除其不均一性,之前有关软流圈地幔具有均一成分的这一普遍认识需要重新修正。"地球构造地球构造2008年3月20日,中国科学院地质与地球物理研究所年轻学者刘传周博士及其合作者在Nature 2008年452卷上以论文的形式,发表了他们对来自世界上扩张速率最慢的北极Gakkel洋脊的大洋橄榄岩的研究成果,对传统观点提出了创新性的认识。论文题目为《北冰洋Gakkel洋脊下方存在古老且不均一的地幔》。

软流圈是指地球浅部岩石圈以下至660公里不连续面以上,刚性较弱且能够发生长期缓慢变形的地幔部分,是讨论壳幔相互作用等一系列地质过程的重要参考体系。软流圈的对流也是地球表层板块构造运动的主要"引擎"。软流圈地幔的物理性质和化学成分一直是目前地学界关注的重点。但软流圈地幔是否具有均一的化学成分这一问题,还争议很大。[1]

之前国际学术界普遍认为,发生在软流圈中的元素扩散及地幔对流可以有效消除软流圈中不同规模的不均一性,这得到了对于来源于软流圈地幔的大洋中脊玄武岩研究的支持。

受中国科学院在读博士生赴外研修奖学金以及马普学会博士生奖学金的联合资助,刘传周在博士研究生阶段对选自北冰洋Gakkel洋脊两个采样点的大洋橄榄岩样品开展了相关矿物岩石地球化学工作,其中一个采样点的橄榄岩样品非常新鲜。全岩的Re-Os(铼―锇)同位素结果表明,在同一个采样点的尺度范围内(<5千米),地幔的Os同位素存在着高度的不均一性。同时,两个采样点的方辉橄榄岩均具有极低的Os同位素比值,反映Gakkel洋脊下方存在20亿年左右的古老地幔。由于遭受过古老的熔体抽取,这些古老的地幔变得更为难熔。因而,当这些古老的地幔重新进入到Gakkel洋脊时,它们发生部分熔融的程度很低或者不再发生部分熔融。

这项研究的结果表明,部分大洋橄榄岩和与之相伴生的大洋中脊玄武岩之间可能并不存在成因上的联系,而是代表了残存在软流圈中的古老地幔。这些难熔的古老地幔由于不参与部分熔融或熔融程度很低,它们的成分因而不能通过大洋中脊玄武岩体现出来。以前利用大洋中脊玄武岩来估计软流圈地幔的成分由于忽略了这些更为难熔的古老地幔,可能会过高地估计软流圈地幔的饱满程度。同时,还说明古老地幔可以长时间(数十亿年)地残存在软流圈地幔中。正是这些古老地幔的存在,模糊了软流圈地幔与岩石圈地幔在Os同位素上的差异,因此运用Re-Os同位素对岩石圈地幔和蛇绿岩进行定年时须倍加小心。

地质与地球物理所所长助理国连杰在接受《科学时报》记者采访时表示,自2000年以来,地质与地球物理所先后以第一作者和第一署名单位在Nature发表了6篇研究论文。"此前6篇Nature文章研究的主要是中国境内的地质问题,而刘传周则是以全球地质重大问题为视野开展研究工作的,涉及的是固体地球科学的关键研究领域,也是我们地质与地球物理所知识创新工程的重要研究主题。他是在博士后站工作不足半年的年轻科研人员,既是这篇论文的第一作者也是通讯作者,在研究思路、实验分析技术与方法、结果解释和论文撰写等方面作出了实质性贡献。"

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