軟流圈，地質學專業術語，是指地殼岩石圈以下的圈層在地下60～250公里之間，位於地幔上部。地震波的波速在這裡明顯下降；又稱低速帶。據推測，這裡溫度約1300℃左右，壓力有3萬個大氣壓，已接近岩石的熔點，因此形成了超鐵鎂物質的塑性體，在壓力的長期作用下，以半粘性狀態緩慢流動，故稱軟流圈。板塊構造理論的地幔對流運動，就是在軟流圈中進行的。岩石圈板塊就是在軟流圈之上漂移的。
基本介紹
定義,命名,特點,地幔不均,
定義
軟流圈（Asthenosphere）是指在距地球表面（earth surface）以下約100公里的上地幔（mantle）中，有一個明顯的地震波（seismic wave）的低速層，這是由古登堡在1926年最早提出的，稱之為軟流圈（asthenosphere），它位於上地幔的上部（upper mantle），岩石圈(Lithosphere）之下。在洋底（under oceanic crust）下面，它位於約60公里深度以下；在大陸地區（continental crust），它位於約120公里深度以下，平均深度約位於60～250公里處。現代觀測和研究已經肯定了這個軟流圈層（Asthosphere）的存在。也就是由於這個軟流圈（asthosphere）的存在，將地球外圈與地球內圈區別開來了。地球之岩石圈（Lithosphere）下之軟層圈為軟流圈（Asthenosphere）。軟流圈（asthenosphere）呈低震波速度，而其震波(seismic wave）吸收率較高，而可能部分呈熔融狀態。此層圈可能有對流(Convection）現象，因此稱之為軟流圈（asthenosphere）。此層圈具有活動性（Mobility），因此亦可以為活動圈或活動帶（ZoneofMobility）。此圈內可能有岩漿(magma）。此圈為地殼均衡（Isostasy）之調整帶。軟流圈相當於上部地幔（UpperMantle）。
根據地球圈層的熱力學性質和變形物理環境，以及地震波速帶（seismic wave），又可以將地球劃分為岩石圈（Lithosphere）、軟流圈（Asthenosphere）、中間圈（Mesosphere）和地核(core）。岩石圈（lithosphere）是固體地球的表層（surface），它的定義是“地球的剛性外殼層，是由一些能夠相互獨立運動的離散型板塊構成（plates tectonic）的。概言之，板塊（plates）的這種組合就成為岩石圈（lithosphere）。根據現有模型（models），岩石圈板塊（continental crust）在洋脊上形成，在俯衝帶（subduction zone)沉入地球內部”（美國地球動力學委員會，1987）。軟流圈是易於蠕動變形和緩慢移動的軟弱層，是岩石圈之下包括上地幔低速層以下至過渡帶上部的統稱。正是由於軟弱層對剛硬層的控制作用才形成了板塊構造。因此，包括地殼和地幔蓋層的岩石圈，特別是大陸岩石圈及軟流圈是板塊構造及大陸動力學研究的重點。
命名
軟流圈由巴拉鹿（J．Barrel，西元一九一四年）命名並介紹。巴拉鹿基於強度將地球之內部分成三帶或三圈，由上而下，為岩石圈（Lithosphere）、軟流圈（Asthenosphere）及中心圈（Centrosphere）。岩石圈為地球的外圈，相當於地殼(EarthCrust）或矽鋁帶（SialZone）之部分，其厚度約達一百公里。岩石圈其有剛性（Rigidity），並形成橫造板快（TectonicPlates）。岩石圈下，幾乎無直接觀察之方法，因此地質學家依據各種自然現象及地球物理之測勘。而假定有種種層圈之存在。當火山噴發時，常有極高溫之熔岩或岩漿之噴出，因此主張在岩石圈下，必有一軟流圈或火圈它（Pyrosphere）之存在。岩石圈下之軟流圈為較弱的層圈，具有可塑性或黏性流，因此較岩石圈易變形：軟流圈或火圈之下，地球之核心部分，必有中心圈之存在。
軟流圈位置
軟流圈位置依據震波速度之不連續性，可將地球內部分成（由上而下）：地殼（EarthCrust），地幔（Mantle）及地核（Core）三帶。此分帶與上述分圈不同。軟流圈大致相當於上部地幔，中心圈大致相當於下部地幔及地核。
特點
科學家認為：軟流圈的強度減弱來自於水在地函的組成礦物之一斜方輝石中的溶解度突然降低，導致較多的水保留在橄欖石中，因產生部分熔融、使得軟流圈相對於地函其他部分黏滯度較小，更容易變形、流動。剛性的板塊坐落在強度較弱的軟流圈彼此的相對運動、在不同邊界上產生種種的地表構造，這是板塊學說重要的根基。根據地球物理的觀測，相對於岩石圈，震波在軟流圈傳播的速度較慢、並且具有較高的導電度，科學家推測：軟流圈的粘滯度的確比上方的岩石圈及下方的地函來得小，深度大約在從60公里到220公里不等。過去認為，軟流圈強度減弱來自地函物質在此產生部分熔融，因震波不易在液體中傳播，使得震波速度減慢。至於產生部分熔融的機制，則並不清楚。
地幔不均
中國青年學者發現軟流圈地幔不均一性新證據：“對北冰洋新鮮樣品開展的相關礦物岩石地球化學工作表明，北冰洋Gakkel洋脊下方存在古老且不均一的地幔。古老地幔能在軟流圈中長時間保存，這說明地幔對流作用並非像傳統認識的那樣可以高效地消除其不均一性，之前有關軟流圈地幔具有均一成分的這一普遍認識需要重新修正。”2008年3月20日，中國科學院地質與地球物理研究所年輕學者劉傳周博士及其合作者在Nature 2008年452卷上以論文的形式，發表了他們對來自世界上擴張速率最慢的北極Gakkel洋脊的大洋橄欖岩的研究成果，對傳統觀點提出了創新性的認識。論文題目為《北冰洋Gakkel洋脊下方存在古老且不均一的地幔》。
地球構造
地球構造軟流圈是指地球淺部岩石圈以下至660公里不連續面以上，剛性較弱且能夠發生長期緩慢變形的地幔部分，是討論殼幔相互作用等一系列地質過程的重要參考體系。軟流圈的對流也是地球表層板塊構造運動的主要“引擎”。軟流圈地幔的物理性質和化學成分一直是目前地學界關注的重點。但軟流圈地幔是否具有均一的化學成分這一問題，還爭議很大。
之前國際學術界普遍認為，發生在軟流圈中的元素擴散及地幔對流可以有效消除軟流圈中不同規模的不均一性，這得到了對於來源於軟流圈地幔的大洋中脊玄武岩研究的支持。
受中國科學院在讀博士生赴外研修獎學金以及馬普學會博士生獎學金的聯合資助，劉傳周在博士研究生階段對選自北冰洋Gakkel洋脊兩個採樣點的大洋橄欖岩樣品開展了相關礦物岩石地球化學工作，其中一個採樣點的橄欖岩樣品非常新鮮。全岩的Re-Os（錸―鋨）同位素結果表明，在同一個採樣點的尺度範圍內（<5千米），地幔的Os同位素存在著高度的不均一性。同時，兩個採樣點的方輝橄欖岩均具有極低的Os同位素比值，反映Gakkel洋脊下方存在20億年左右的古老地幔。由於遭受過古老的熔體抽取，這些古老的地幔變得更為難熔。因而，當這些古老的地幔重新進入到Gakkel洋脊時，它們發生部分熔融的程度很低或者不再發生部分熔融。
這項研究的結果表明，部分大洋橄欖岩和與之相伴生的大洋中脊玄武岩之間可能並不存在成因上的聯繫，而是代表了殘存在軟流圈中的古老地幔。這些難熔的古老地幔由於不參與部分熔融或熔融程度很低，它們的成分因而不能通過大洋中脊玄武岩體現出來。以前利用大洋中脊玄武岩來估計軟流圈地幔的成分由於忽略了這些更為難熔的古老地幔，可能會過高地估計軟流圈地幔的飽滿程度。同時，還說明古老地幔可以長時間（數十億年）地殘存在軟流圈地幔中。正是這些古老地幔的存在，模糊了軟流圈地幔與岩石圈地幔在Os同位素上的差異，因此運用Re-Os同位素對岩石圈地幔和蛇綠岩進行定年時須倍加小心。
地質與地球物理所所長助理國連傑在接受《科學時報》記者採訪時表示，自2000年以來，地質與地球物理所先後以第一作者和第一署名單位在Nature發表了6篇研究論文。“此前6篇Nature文章研究的主要是中國境內的地質問題，而劉傳周則是以全球地質重大問題為視野開展研究工作的，涉及的是固體地球科學的關鍵研究領域，也是我們地質與地球物理所知識創新工程的重要研究主題。他是在博士後站工作不足半年的年輕科研人員，既是這篇論文的第一作者也是通訊作者，在研究思路、實驗分析技術與方法、結果解釋和論文撰寫等方面作出了實質性貢獻。”
