互相矛盾的海底扩张和地幔柱，该信谁？
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点击上面蓝字或长按上图识别二维码关注本公众号↑大约在200年前的工业革命时代，固体地球的研究就从陆地地质学开始了。根据早先就有的诸如阿尔卑斯和阿巴拉契亚造山带的丰富知识，提出了像地槽（geosynclines）一类的重要概念。大约从1900年以来，在物理学和新技术的帮助下，诸如大地测量学和地震学一类的地球物理研究开始兴旺起来，产生了地壳均衡说的原理和地球内部分层结构的观点帐族。然而，不管上述各种情况及学科本身已有很久历史，地球动力学仍旧是一个高度推测性的学科（Scheidegger，1963）。
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地幔柱假说是板块构造学说创立者们提出来的，起源于夏威夷群岛上火山测年呈现严格的线性关系。但这个重大发现却出现了逻辑问题，因它与海底扩张存在极大矛盾。
图1是得到普遍引用的关于地幔柱的权威解释。其解释是：以地幔热活动中心的热点夏威夷为参照系，保持不动。由于海底扩张的传送带模式，使得太平洋板块发生北西方向运动，从而产生这些火山岛。
图1太平洋中夏威夷-皇帝海岭测年数据特征
(据Raymondet al., 2000)
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众所周知，现代板块学说把洋中脊分为快速、慢速和超慢速扩张洋中脊，东太平洋洋脊属于快速扩张的洋中脊，运动速度达13 cm/yr(万天丰2011)纯即。通常深部地幔的水平位移量一般仅为n mm/yr,绝对都小于2 cm/yr(Minster and Gordan杨丽颖，1978）。小一个数量级的地幔水平位移速度是不可能带动速度较快的岩石圈板块运移的(利布特里，1986)。这就成了传送带模式的致命伤。近年来研究结果表明，典型的热幔柱是从2900公里深的D”层到达地表的，热幔柱上升速率是非常慢的，其相对移动速度一般低于1cm/a。
图2是地幔对流和地幔柱示意图，其矛盾是：如果地幔对流速度快，必然冲断冲散上升的地幔柱，使得地幔柱均匀散布，难以形成柱状特征；而如果地幔对流非常小颜志琳，运动速度很小的地幔如何能带动其上面速度较快的板块漂移呢周新萍？因此，所谓的“地幔对流”不可能是大陆板块运移的动力来源好弟。
图2地幔对流和地幔柱示意图，该图的矛盾是地幔对流对垂直上升的地幔柱不起作用
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针对这些矛盾，英国皇家地球物理学会会长BottM.H.P.和KusznirN.J.发表了著名的论断：“与其说地幔对流带动岩石圈板块运动, 不如说岩石圈板块带动上地幔运动”。 20世纪90年代初，美国大地测量与地球物理学会（IUGG）的主席只好说，他相信板块构造的动力学机制将在未来20-30年内得到解决。实际上是委婉地承认了板块构造传送带模式有问题。由此美国科学家提出了超越板块构造的概念，但至今并没有发现哪个地方超越了。
近些年部分学者提出了大洋板块“拖拽模式”，认为大陆漂移的主要动力不是海底扩张，而是大洋板块的拖拽力毒岛伢子，即俯冲到大陆板块下面的大洋板块产生的拖拽力拖动大洋板块漂移。首先这个解释不符合基本的物理学原理，因为密度2.9的大洋板块下插到密度高达3.3的上地幔中，而且越深密度越高，只会产生更大的浮力而不会产生向下的拖拽力。其次，按照这个模式，大西洋型洋壳就不会存在洋壳下插的拖拽力，那么大陆板块是如何漂移的？
如果海底扩张不存在，对夏威夷岛链成因按地幔柱假说进行解释就不合逻辑了。作者认为地幔柱现象是存在的，具体表现为大成岩省的方式，其起因是大陆裂谷而不是地幔柱，而且很难证明其起源于哪个深度。诸多证据说明海底扩张不符合逻辑，也与诸多观测事实不符圣莫丽斯，并不存在，夏威夷那些岛链应该是大陆板块漂移后的火山喷发形成的岛屿新女驸马gl。
梁光河介绍：
梁光河，地球物理勘查技术专业，中国科学院矿产资源研究重点实验室研究骨干。国际勘探地球物理学家协会(SEG)GLOBE级会员，研究生导师，主要从事矿床地球物理研究及勘查工作。在相关刊物上以第一作者发表论文20余篇。工作中曾获得过地质矿产部科技进步二等奖、吉林省科技进步二等奖等多项奖励，博士后期间曾获中科院王宽诚博士后奖励基金。获奖名称:"基于保真去噪的高分辨率和储层预测地震数据处理系列及其应用"，吉林省科学技术进步二等奖。获奖名称:"储层横向预测研究"。地质矿产部科技进步二等奖.
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搜集：
大陆漂移、海底扩张和板块/地幔柱构造和东非裂谷区, 这两个地区都有多个热点。超级地幔柱穿过670km 的速度间断面后似乎分叉成有几个热点的上地幔柱。板片能否穿透670km 过渡层是一直在讨论的问题。层析成像图显示的结果比较复杂。板片似乎表现出在670km 间断面处遇到了强烈的阻力而向水平方向弯曲、变厚和堆积(Ringw oo d and Irifune 的巨石, 1988) 。670km 间断面处的相变在P -T 图上负的克拉珀龙斜率可以解释这种停滞行为。在持续俯冲后当滞留的冷板片物质体积变大时四更是几点, 它将以100～400百万年的时间间隔内大块地下沉。数值模拟支持这一观点(如H o nda et al , 1993) 。
基于这些资料和其他一些资料, 以及广泛的地球和行星科学的推测, M aruyama (1994) 以及Kum azawa 和M aruy ama (1994) 的论文是这一阶段深入研究新地幔柱构造学的杰作。太平洋超级地幔柱的起源可以追溯到7. 5～7亿年前香港黑夜, 当时一个叫作Rodinia 的超级大陆分裂开了。
一个新的海洋———太平洋诞生于被驱散的大陆块之间。非洲超级地幔柱可能在大约2亿年前由超级泛大陆漂移裂开的时候形成的。现在的地球由3个不同构造的区域组成, 即由正在生长的地球固体内核释放出来的能量驱动的地核中的生长构造、以大范围垂直热柱运动为特征的下地幔的热柱构造和以刚性板块水平运动为主的上地幔板块构造朱卫茵。这些构造区通常是解耦的, 但当上地幔物质大量注入下地幔时, 也间歇地发生耦合。稳态的板块运动在正常时期基本控制了地表动力学阴庙。
除了白垩纪脉冲时期外, 泛大陆分裂后的地球处于这种正常状态。俯冲带上滞留板片间歇性的大崩塌通常造成活跃的海底扩张和岩浆活动, 激活强烈的地幔对流。这相应于白垩纪的脉冲式变化。如果发生整个下沉的地幔柱的大崩塌, 那么引起的地幔翻覆将是全球尺度的。这可能4亿年或更长时间间隔发生一次, 引起超级大陆的形成和分裂。
地幔柱理论认为, 像白垩纪脉冲和超级大陆的形成与分裂这样的大事件是被超级地幔柱的活动所驱动的, 而地幔柱活动又是被冷板片物质坍塌和注入下地幔激发的。值得注意的是, 所有这些地球动力学过程都被认为是由冷物质下插运动驱动的。然而, 正如前面提及的, 这些有趣的“热地幔柱构造学”思想在当前仍然是高度推测性的想法。
译自:Inter national H andbook of Ear thquake
此文来自 中科院 梁光河
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