研究揭示地幔深处的温度控制洋中脊的火山活动＊

王立伟 编译

（中国科学院兰州文献情报中心，兰州730000）

（编译者电子信箱，王立伟：wanglw＠llas.ac.cn）

2014年4月4日《Science》发表题为“洋中脊下深部温度变化的地球物理和地球化学证据”（Geophysical and geochemical evidence for deep temperature variations beneath midocean ridges）的文章指出，地震波数据显示地幔深处的温度控制洋中脊与洋底巨大山脉的海拔高度和火山活动。洋中脊是地幔对流上升形成的，是板块分离的部位，也是新地壳开始生长的地方。地壳形成在这些板块缝隙的比较厚的地方，导致洋脊海拔相差很大。在一些地方，山峰淹没在海洋表面以下；而在其他地方，如冰岛，山脊则暴露在海面之上。洋中脊顶部的地壳热量相当大，是地热的排泄口，火山和地震活动也很活跃。

研究人员通过分析由地震产生的地震波的速度指出，地幔温度沿山脊向下至400km深度，温度变化幅度高达250℃。洋脊高点与更高的地幔温度有关，而低点与地幔的冷却相关。同时，研究人员利用地震波层析成像数据集，通过测量这些波的速度，可以获得所通过岩石的特征数据。地震波的速度对岩石的温度特别敏感。一般情况下，波在温度低的岩石中传播更快，而在热的岩石中传播相对较慢。

同时研究还指出，洋脊的火山喷发受地幔深处温度的控制。大洋中脊为地质学家提供了一个了解地球内部的窗口。隆起时，形成地幔的物质融化，上升到板块之间的裂缝，并再次凝固。因此，研究人员通过分析了近17 000 个遍布全球洋中脊的玄武岩样品，得到沿洋脊的地球化学变化。结果显示，玄武岩化学组分的不同取决于地幔物质的温度和组成。研究人员通过分析从数百个地震带获取的地震数据、海拔高度数据以及洋脊岩石化学数据集的相关性，得出结论：在洋脊地带深约61 000km 处，地幔温度在1 300～1 550℃之间变化。随着洋脊海拔高度下降，地幔温度也随之下降。洋脊深部最冷点位于接近海拔最低点的位置，即印度洋“澳大利亚—南极异常带”；最热点在冰岛附近，这也是洋脊海拔最高点。

本研究为一直以来有关“冰岛是否存在地幔柱”的争论提供了强有力的支持。由于研究中地震波所指示的温度同时得到其他数据集的支持，因此该研究结果对于今后如何利用地震波也具有重要意义。此外，相关方法也可用于校准在地球化学方法失效地方的地震数据。该研究有助于地质学家获得地球深部过程机理的新见解。

文献来源：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