热柱、超级热柱及其成因的研究进展

从20世纪地幔热柱假说问世,经过30多年的发展,在地幔热柱的全球分布、鉴别特征、形态学和成因理论方面都有了长足的进步。特别是通过下地幔不均匀性的研究,发现了下地幔中存在的超级热柱和下地幔底层中的超低速带,为探讨热柱成因提供了重要依据。     

俯冲板块形成的金属熔体造成了核幔边界的超低速区

正三十年前地震学家们发现核幔边界之上存在分布不均的超低速区(ultralow velocity zones,简为ULVZs),通常和大低速省(large low shear velocity provinces,简为LLSVPs)紧密相连。虽然认识其成因对于理解核幔边界的热和化学状态乃至于深部地球的演化历史至关重要,但是目前尚未有定论。硅酸盐熔体常被用来解释ULVZs的成     

地球早期地幔的冷凝结晶始于核幔边界或下地幔

JGR(Journal of Geophysical Research:Solid Earth)于2012年10月12日,发表了题为"Multi-technique equation of state for Fe2SiO4melt and the density of Fe-bearing silicate melts from 0to 161GPa"的文章指出,地球早期地幔的冷凝结晶可能始于核幔边界或下地幔。地球形成初期,地幔可能是一个整体熔融或局部熔融的巨大岩浆洋,其深度直达核幔边界。尽管目前地幔的物质大多都是固     

核幔边界D″区的地震学研究进展

核幔边界层在地球演化过程中扮演着极为重要的作用,是人们认识地球的主要研究对象之一。文中综述了近十多年来对核幔边界D″区开展地震学研究的主要方法及成果,内容涵盖了核幔边界D″区上部间断面、不均匀性、各向异性和超低速层等4个主要研究对象。结合多个相关学科的研究进展,从对热-化学-动力学三方面的耦合作用的分析,来探讨形成D″区各种观测现象的原因和机制,以及在此基础上提出的动力学演化模型。最后简要叙述了有关核幔边界研究的地震学、矿物实验、理论分析及计算科学的发展方向和挑战。随着对D″区认识的不断更新,逐步揭示地表观测到的可能受核幔边界因素控制的多种地质及地球物理现象。     

地幔底层及其在全球物质演化中的意义

在核幔界面之上的下地幔一侧,地震波速分布极不均匀,厚度在50~300 km范围内变化的一层物质称为地幔底层。地幔底层由具有高地震波速和高密度的D″区和超低速带(ULVZ)组成。地幔底层是地核热能向地幔传播的必经之路,也是地幔中温度和温度梯度最高的地区。地幔底层既是俯冲板块的最终归宿,又是热柱和超级热柱的源区。因此,地幔底层既是全地幔对流的起点,又是全地幔对流的终点。在地幔底层可能发生地幔物质(包括俯冲板块物质在内)的部分熔融作用,也可能存在外核液态铁与地幔硅酸盐的化学反应。所以地幔底层在全球物质演化中占有重要的地位。