地幔對流模式是板塊學說興起以來最著名的動力學解釋。其實，固體地幔發生對流的假說是在20世紀60年代板塊學說創立之前，由霍姆斯(Holmes，1944)為解釋造山帶形成而提出來的。板塊構造學說的創立者們(Wilson，1970；Lepichon，1973)把板塊運動與地幔對流假說相結合，提出了板塊構造的第一個動力學機制——傳送帶模式。他們認為，岩石圈板塊的運動完全取決於深部地幔的對流環，有多少個獨立運動的板塊，就有多少個獨立的對流環。地幔對流從板塊擴張中心(洋中脊)上升，向兩側分流，逐漸變冷，在板塊的匯聚邊界(海溝)下成為下降流，在地幔較深處重新變熱並返回大洋中脊之下，對流環的下半部為呈熔融狀態的岩漿物質——軟流圈，上半部為剛性的岩石物質——岩石圈。上地幔的水平運動帶動了板塊的水平運動。
基本介紹
- 中文名：地幔對流懷
- 外文名：mantle convection circle
- 學科：地球物理學
- 功能：向地球表面輸送能量
定義,分類,意義,
定義
一般認為熱柱相當於它的上升部分，俯衝帶相當於下沉部分。
分類
按流變性質劃分，地球上層應分為岩石層（圈）和軟流層（圈）。軟流層中的地幔物質由於部分熔化具有類流體性質。在有限厚度流體層中由密度差（或溫差）驅使的熱對流一般呈蜂窩狀結構，每個蜂窩中都有上升流、下降流和水平流動，它們構成一個完整的對流單元。二維問題中的對流單元稱為對流環。完全流體層中的對流環一般呈長方形。根據深源地震資料以及地幔相變區和流變參數的估算，多數學者認為地幔對流層的最大深度為 700公里左右。因此在一個板塊下面就要有幾個甚至十幾個對流環。相鄰對流環中的流動方向相反，對浮於其上的岩石層板塊的拖動力方向也相反，造成拖動力互相抵消（圖1）,這就是地幔對流研究中的所謂“縱橫比予盾”。
有人認為把地幔對流限制在 700公里深的上地幔內的根據是不充分的，因而主張全地幔對流。由於對流層的深度擴展到核幔邊界的2900公里深處(圖2)，板塊水平尺度與對流層深度之比為1的量級，縱橫比的矛盾就可以得到解決。70年代末80年代初，全地幔對流研究十分活躍，包括探討全地幔對流的特徵及其與地表觀測數據的聯繫，特別是已開始考慮三維效應。但是全地幔對流假說是否成立，還要由它能否解釋各種地球物理觀測資料來判定。
岩石層板塊在大洋中脊由熱地幔物質產生，在海溝處返回地幔，因而水平運動的岩石層板塊是地幔對流的組成部分。對流系統中應當同時包含具有不同流變性質的岩石層和軟流層物質。初步計算結果表明，岩石層在對流系統中出現，也使對流環的縱橫比更為合理。70年代末，這方面的研究工作還在不斷改進，以期得到與地表觀測更符合的結果。
意義
地幔對流中的上升流動對地球物理學有重要意義。它是從地球內部向地表輸送能量、動量和質量的主要途徑，被稱為地幔上涌流動或熱柱。柱狀地幔上涌流有時也被稱為地幔涌流。上涌流動與大洋中脊裂谷和大陸裂谷的形成，地表熱點和火山現象密切相關，因而受到重視。
