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隱沒海洋地殼經由地幔柱重返地表 [複製鏈接]

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發表於 2015-1-9 06:28:37 |顯示全部樓層

圖一 當板塊隱沒、並進入下地幔後,當中的海洋地殼(淺藍色)有可能與構成LLSVP的原始物質(橘色有深紅色長點點)混合。地幔柱形成於LLSVP上方,經過地幔後,在地表噴發。洋島玄武岩中的氦同位素比值有很大的差異如上框框內的長條圖,而純海洋地殼的氦同位素比值偏大、原始物質的值較小。本文介紹的研究,其結果顯示洋島玄武岩複雜的化學成分,可經由海洋地殼與原始物質以不同程度的混合產生。Credit: Deschamps, 2014。





根據數值模擬結果,科學家認為:洋島火山熔岩的複雜化學組成,是來自隱沒的海洋地殼在地幔深處與原始地幔物質混合後,再經由地幔柱傳送到地表來。

地幔柱(mantle plume)是理論上地球內部較熱的岩石穿過地幔、向上往地表移動形成柱狀的構造,就像煙順著煙囪向上排出一樣。當地幔柱接觸地表時,可能形成”熱點”(hot spot)、帶來活躍的火山活動,若其接觸洋底盆地,則形成火山島,比如夏威夷群島。目前認為地幔柱起源於地球地幔深處、很有可能是在原始物質儲存庫LLSVPs(large low-shear-velocity provinces)[註一]上方,因此分析熱點火山島的熔岩(洋島玄武岩),有助於了解地球深處的組成與活動。

根據稀有、微量元素分析,科學家發現在洋島玄武岩內,除了含有原始地幔物質外,還有不同年齡海洋地殼的成分[圖一]。科學家認為LLSVPs為密度較大、且原始的地幔物質所組成,是在早期地球形成時存留下來,很可能於地幔對流的過程中被掃進上湧的地幔柱。至於海洋地殼,則在隱沒後被回收到地球內部,但是究竟如何進入地幔柱、再重現地表則不得而知。

美國亞利桑那州立大學博士M. M. Li領導的研究團隊,以電腦模擬來看在LLSVP的原始地幔物質、隱沒的海洋地殼與地幔柱間的交互作用。他們觀察到有些隱沒海洋地殼直接加入上升的地幔柱,還有一定比例的海洋地殼會被捲入原始物質儲存庫中、並與其混合,因此,這個研究結果可以說明在洋島玄武岩中所觀察到複雜的化學組成、及不同年齡的海洋地殼成分[圖二][註二]。這個研究已發表在五月的Nature Geoscience期刊上。

雖然我們無法進入地球,去直接觀察底下發生了什麼事,但現在憑著對基本物理的認識,地幔對流的過程也須遵守物理守恆律,如質量、動量、能量守恆,此研究的數值模擬即是以求解方程式來了解地幔的動力過程,若能與真實的觀測與採樣結果在定性甚至定量上相呼應,這代表我們對地球內部地幔對流又多一點認識。

圖二 地幔成分隨時間演化圖。時間從圖a往e前進。圖a-c僅呈現LLSVP(綠色,較原始的物質)的上部。d-e為整體的LLSVP。紅色箭頭為地幔流向。圖a顯示隱沒海洋地殼(黃色)直接進入上升的地幔柱。圖b為隱沒海洋地殼堆積在LLSVP上方、地幔柱的底部,之後被捲入LLSVP(圖c)。Credit: Li et al, 2014。

註一:LLSVPs(large low-shear-velocity provinces)是下地幔特殊的大型構造,並坐落在核幔邊界上。在此區域內,S波傳遞的速率較慢,與周圍地幔有速度變化的明顯邊界。目前發現有兩個LLSVPs,分別在太平洋與非洲大陸下方,它們的寬度有5000km、高度在前者約有400~500km,後者則高達1000km。目前推測構成的物質較周圍地幔的密度較大,很可能是早期地球形成時所遺留下來的,因此被認為是原始物質的儲存庫。另一種同樣位於核幔邊界上的ULVZ(請見新聞逐漸消失的地球密室),則位於LLSVPs的邊緣。
註二:圖二的實驗結果另有動畫可參考,請見底下連結。上方動畫為溫度場,藍色為低溫、紅色為高溫。下方動畫為化學成分,顏色標示與圖二相同。

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發表於 2015-1-9 09:12:41 |顯示全部樓層
這個貼好像之前沒見過  

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發表於 2015-1-9 09:13:00 |顯示全部樓層
說的真有道理啊!

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發表於 2015-1-9 09:13:42 |顯示全部樓層
這篇帖子,我還是第一次在這看到

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發表於 2015-1-9 09:23:50 |顯示全部樓層
老大,我好崇拜你喲  

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發表於 2015-1-9 09:24:36 |顯示全部樓層
今天沒事來逛逛,看了一下,感覺相當的不錯。

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發表於 2015-1-9 09:25:11 |顯示全部樓層
這個帖不錯!!

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發表於 2015-1-9 09:27:09 |顯示全部樓層
每天都要來尼伊達論壇逛一逛

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發表於 2015-1-9 09:30:41 |顯示全部樓層
能告訴我去那邊分享的嗎?

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發表於 2015-1-9 10:13:44 |顯示全部樓層
辛苦的上班,快樂的回帖
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