Question

地幔对流的分类

Answer 1

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。