研究揭示地幔深處的溫度控制洋中脊的火山活動＊

王立偉 編譯

（中國科學院蘭州文獻情報中心，蘭州730000）

（編譯者電子信箱，王立偉：wanglw＠llas.ac.cn）

2014年4月4日《Science》發表題為“洋中脊下深部溫度變化的地球物理和地球化學證據”（Geophysical and geochemical evidence for deep temperature variations beneath midocean ridges）的文章指出，地震波數據顯示地幔深處的溫度控制洋中脊與洋底巨大山脈的海拔高度和火山活動。洋中脊是地幔對流上升形成的，是板塊分離的部位，也是新地殼開始生長的地方。地殼形成在這些板塊縫隙的比較厚的地方，導致洋脊海拔相差很大。在一些地方，山峰淹沒在海洋表面以下；而在其他地方，如冰島，山脊則暴露在海面之上。洋中脊頂部的地殼熱量相當大，是地熱的排泄口，火山和地震活動也很活躍。

研究人員通過分析由地震產生的地震波的速度指出，地幔溫度沿山脊向下至400km深度，溫度變化幅度高達250℃。洋脊高點與更高的地幔溫度有關，而低點與地幔的冷卻相關。同時，研究人員利用地震波層析成像數據集，通過測量這些波的速度，可以獲得所通過巖石的特征數據。地震波的速度對巖石的溫度特別敏感。一般情況下，波在溫度低的巖石中傳播更快，而在熱的巖石中傳播相對較慢。

同時研究還指出，洋脊的火山噴發受地幔深處溫度的控制。大洋中脊為地質學家提供了一個了解地球內部的窗口。隆起時，形成地幔的物質融化，上升到板塊之間的裂縫，并再次凝固。因此，研究人員通過分析了近17 000 個遍布全球洋中脊的玄武巖樣品，得到沿洋脊的地球化學變化。結果顯示，玄武巖化學組分的不同取決于地幔物質的溫度和組成。研究人員通過分析從數百個地震帶獲取的地震數據、海拔高度數據以及洋脊巖石化學數據集的相關性，得出結論：在洋脊地帶深約61 000km 處，地幔溫度在1 300～1 550℃之間變化。隨著洋脊海拔高度下降，地幔溫度也隨之下降。洋脊深部最冷點位于接近海拔最低點的位置，即印度洋“澳大利亞—南極異常帶”；最熱點在冰島附近，這也是洋脊海拔最高點。

本研究為一直以來有關“冰島是否存在地幔柱”的爭論提供了強有力的支持。由于研究中地震波所指示的溫度同時得到其他數據集的支持，因此該研究結果對于今后如何利用地震波也具有重要意義。此外，相關方法也可用于校準在地球化學方法失效地方的地震數據。該研究有助于地質學家獲得地球深部過程機理的新見解。

文獻來源：Dalton C A，Langmuir C H，Gale A.Geophysical and geochemical evidence for deep temperature variations beneath mid－ocean ridges.Science，2014，344（6179）：80－83