岩石圈與軟流圈的親密接觸

由於位在比較具有塑性的軟流圈之上,岩石圈(也就是板塊)才得以移動,這是板塊構造學說中相當重要的基礎。研究發現在北美東岸地底的岩石圈與軟流圈交界處,深度九十到一百一十公里間,大約在十一公里厚的範圍之內,由於岩石產生的部分熔融,造成岩石強度迅速減弱。

地表由堅硬的岩石圈向下,到相對具有塑性的軟流圈,深度大約是數十公里。如果我們純粹考慮這是溫度的效應所造成,也就是深度越深、溫度越高、岩石塑性越大的話,那麼根據地函熱對流的模式計算,至少必須存在數十公里厚的區域,讓地震波的速度漸漸改變。可是如果我們考慮岩石部分熔融所造成揮發性氣體富集的話,那地震波速就可能在非常小的範圍內就發生明顯地改變。

Rychert等人就根據北美東岸的地震資料,觀察岩石圈與軟流圈交界處的特性。地震資料主要採用P變成S的轉換波,以及S變成P的轉換波(轉換位置都是在岩石圈與軟流圈的交界處),來計算岩石圈與軟流圈交界的深度。再進一步利用轉換波的能量來計算岩石圈與軟流圈的速度差異大小(速度差異越大,轉換波能量越大)。

結果顯示,岩石圈與軟流圈的交界大約在深度九十到一百一十公里之間,而且在僅僅十一公里的範圍內,S波的波速就下降了百分之三到十一,顯示軟流圈確實存在部分熔融的現象,地震波速才會在如此小的範圍內發生這麼大的變化。

這個研究的地區由於正好在海陸交界附近,結果可以很清楚看到,岩石圈與軟流圈的交界面從海洋斜向陸地變深,合理地顯示大陸地區具有較厚的岩石圈,而且大陸底下的軟流圈,就不再像海洋地區那麼明顯了!

參考資料:Rychert, C. A., K. M. Fischer and S. Rondenay, 2005, A sharp lithosphere-asthenosphere boundary imaged beneath eastern North America, Nature, v.436, p.542-545

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