地幔熱柱

1971年威廉·傑森·摩根發表了地幔熱柱理論。理論中，地幔中的對流緩慢地將熱從地核攜帶至地表。地幔熱柱（Mantle plume）或熱柱是地球等行星地幔中一大團溫度較高、緩緩上升的岩石，當頂部升至淺處時會部分熔融，被認為可能是熱點或洪流玄武岩的產生原因。地球可藉由此方式釋放熱量，但量遠低於板塊邊界所釋放的熱（見板塊構造學說）。夏威夷-帝王島鏈的形貌與火山活動被認為是地幔熱柱存在的重要證據。

基本介紹

• 中文名：地幔熱柱
• 外文名：mantle plume
• 提出者：威廉·傑森·摩根
• 提出時間：1971年

基本原理

與板塊構造學說一樣，都涉及地幔中的熱對流，但不同的是，板塊構造學說討論地幔最外層——軟流圈的對流與板塊移動的關係；而熱柱則牽涉到整層2900公里深的地幔的熱對流。因此有些科學家認為板塊構造釋放地幔的熱，地幔熱柱則釋放地核的熱。

現在我們知道，有兩種對流過程負責地球內部的熱交換：板塊構造與地幔熱柱。前者由冷卻的岩石圈地殼沉入軟流圈來驅動，當海洋地殼隱沒，軟流圈會被動地於中洋脊涌升而達平衡。後者由地核、地幔熱交換來驅動，熱物質沿細柱上升，並將熱帶離地核。地幔熱柱通常獨立於板塊運動。

組成部分

1970年代早期模擬地幔熱柱的流體力學模型顯示，熱柱由兩個部分組成：呈長細柱狀，底端連至地幔底部，頂端則膨大成球狀並隨上升而膨脹，整體就像有著細長柄的蘑菇。頂端呈蕈狀是因為細柱的熱物質上升速度較熱柱本體快，使物質累積於頂端所致。1980年代晚期至1990年代早期的模型顯示，球狀頂上升膨脹時可能會挾帶入周圍的軟流圈物質。

運動過程

當熱柱頂抵達岩石圈底

當熱柱頂抵達岩石圈底會開始攤平並因減壓而大規模熔融形成玄武岩岩漿。這些岩漿可能會於短時間內大量噴發至地表（短於一百萬年），於大陸地殼形成洪流玄武岩，于海洋地殼則形成海底高原。洪流玄武岩的例子如印度的德乾玄武岩與拉治馬哈玄武岩，亞洲的西伯利亞玄武岩、峨嵋山玄武岩，加拿大卑詩省的卡爾馬森層，南非的卡露玄武岩，南極洲的費勒粗玄岩（原與卡露連線），南美洲的巴拉那玄武岩與非洲的艾坦德卡玄武岩（此兩者在南大西洋形成前為一個玄武岩區），北美洲的哥倫比亞河玄武岩。和熱柱有關聯的海底高原包括西南太平洋的昂東爪哇高原，印度洋的曼尼海根高原。

熱柱尾端的細柱仍會繼續上升

熱柱尾端的細柱仍會繼續上升並於固定位置不斷地提供岩漿，也就是熱點。當上方岩石圈移動，熱點噴發會形成火山鏈，方向平行於板塊移動。經典例子為太平洋的夏威夷-帝王島鏈。

大陸的洪流玄武岩噴發常與大陸張裂

大陸的洪流玄武岩噴發常與大陸張裂分離有關（如衣索比亞玄武岩與東非大裂谷），因而產生了地幔熱柱在大陸張裂與海盆形成中扮演著重要角色的假說。因此亦可見一些自洋脊兩側延伸的火山鏈（如在南大西洋、冰島）或對稱的玄武岩區（如東南格陵蘭玄武岩）。