地幔对流与板块驱动力
板块运动由地幔缓慢的对流翻转维持,其中致密的俯冲板片下沉以及板块从洋脊向外重力滑动提供了主要的驱动力。
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Definition
板块驱动力是一系列重力和粘性力——主要是板片拉力、洋脊推力和地幔拖曳力——它们源于地幔中的热对流,并控制着岩石圈板块运动的速度和方向。
Scope
本主题涵盖板块构造背后的动力学:地幔中的热对流、板片拉力、洋脊推力和基底拖曳之间的平衡,以及地幔柱的作用。它探讨了板块运动的物理驱动因素,补充了边界的运动学描述,并与地球物理学的深层问题相关联。
Core questions
- 地幔对流是全地幔对流还是分层对流?
- 哪些力主导板块运动,它们如何随板片长度和板块面积变化?
- 地幔柱与板块尺度的对流有何关系?
Key theories
- 板片拉力作为主导驱动力
- 福赛斯和宇田通过力平衡分析表明,连接着长俯冲板片的板块移动最快,这意味着板片拉力是板块运动的主要驱动力,而洋脊推力和基底拖曳是次要的。
- 地幔柱假说
- 摩根提出,来自深部地幔的狭窄热物质上涌,相对于板块运动是固定的,它们产生了热点火山轨迹,并代表了与板块尺度流不同的对流组分。
Mechanisms
来自地核和放射性衰变的热量驱动着固体地幔的缓慢蠕变。寒冷、致密的大洋岩石圈在俯冲带下沉,拉动着其后方的板块(板片拉力);隆起的洋脊对板块施加重力推力(洋脊推力);板块底部与下伏地幔流之间的粘性耦合既可以驱动也可以抵抗运动。局部地幔柱增加了独立的、主要垂直的对流通量。
Clinical relevance
理解驱动力有助于解释为什么某些板块移动速度比其他板块快,限制了由地幔流变化驱动的长期海平面和气候变化模型,并为板内火山活动和隆升的解释提供了依据。
History
亚瑟·霍姆斯在20世纪30年代提出了地幔对流作为一种驱动机制。板块构造学建立后,20世纪70年代的定量分析——特别是福赛斯和宇田的力平衡研究以及摩根的地幔柱假说——阐明了候选驱动力的相对贡献。
Debates
- 全地幔对流与分层对流
- 地幔是对流为一个单一层还是两个独立循环的层,长期以来一直存在争议;地震层析成像显示板片穿透下地幔支持全地幔对流,但地球化学储层表明存在一些持续的分层。
Key figures
- Donald Forsyth
- Seiya Uyeda
- W. Jason Morgan
- Arthur Holmes
Related topics
Seminal works
- forsythuyeda1975
- morgan1971
Frequently asked questions
- 驱动构造板块的主要力量是什么?
- 大多数证据表明,板片拉力——即在俯冲带下沉的寒冷、致密岩石圈的重量——是主要的驱动力,而洋脊推力和地幔拖曳力作用较小。