[科普中国]-地幔对流环

地幔对流模式是板块学说兴起以来最著名的动力学解释。其实，固体地幔发生对流的假说是在20世纪60年代板块学说创立之前，由霍姆斯(Holmes，1944)为解释造山带形成而提出来的。板块构造学说的创立者们(Wilson，1970；Lepichon，1973)把板块运动与地幔对流假说相结合，提出了板块构造的第一个动力学机制——传送带模式。他们认为，岩石圈板块的运动完全取决于深部地幔的对流环，有多少个独立运动的板块，就有多少个独立的对流环。地幔对流从板块扩张中心(洋中脊)上升，向两侧分流，逐渐变冷，在板块的汇聚边界(海沟)下成为下降流，在地幔较深处重新变热并返回大洋中脊之下，对流环的下半部为呈熔融状态的岩浆物质——软流圈，上半部为刚性的岩石物质——岩石圈。上地幔的水平运动带动了板块的水平运动。1

定义一般认为热柱相当于它的上升部分，俯冲带相当于下沉部分。

分类按流变性质划分，地球上层应分为岩石层（圈）和软流层（圈）。软流层中的地幔物质由于部分熔化具有类流体性质。在有限厚度流体层中由密度差（或温差）驱使的热对流一般呈蜂窝状结构，每个蜂窝中都有上升流、下降流和水平流动，它们构成一个完整的对流单元。二维问题中的对流单元称为对流环。完全流体层中的对流环一般呈长方形。根据深源地震资料以及地幔相变区和流变参数的估算，多数学者认为地幔对流层的最大深度为 700公里左右。因此在一个板块下面就要有几个甚至十几个对流环。相邻对流环中的流动方向相反，对浮于其上的岩石层板块的拖动力方向也相反，造成拖动力互相抵消（图1）,这就是地幔对流研究中的所谓“纵横比予盾”。

有人认为把地幔对流限制在 700公里深的上地幔内的根据是不充分的，因而主张全地幔对流。由于对流层的深度扩展到核幔边界的2900公里深处(图2)，板块水平尺度与对流层深度之比为1的量级，纵横比的矛盾就可以得到解决。70年代末80年代初，全地幔对流研究十分活跃，包括探讨全地幔对流的特征及其与地表观测数据的联系，特别是已开始考虑三维效应。但是全地幔对流假说是否成立，还要由它能否解释各种地球物理观测资料来判定。

岩石层板块在大洋中脊由热地幔物质产生，在海沟处返回地幔，因而水平运动的岩石层板块是地幔对流的组成部分。对流系统中应当同时包含具有不同流变性质的岩石层和软流层物质。初步计算结果表明，岩石层在对流系统中出现，也使对流环的纵横比更为合理。70年代末，这方面的研究工作还在不断改进，以期得到与地表观测更符合的结果。

意义地幔对流中的上升流动对地球物理学有重要意义。它是从地球内部向地表输送能量、动量和质量的主要途径，被称为地幔上涌流动或热柱。柱状地幔上涌流有时也被称为地幔涌流。上涌流动与大洋中脊裂谷和大陆裂谷的形成，地表热点和火山现象密切相关，因而受到重视。

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赵阳国 - 副教授 - 中国海洋大学