新的模拟描述了深部地球的动力学

为了更好地了解位于地表以下2900公里(1800英里)的地幔最低部分的组成，亚利桑那州立大学的一个研究小组开发了新的模拟方法，描绘了地球深部的动态。3月30日发表在《自然地球科学》(Nature Geoscience)上的一篇论亚博老虎机网登录文报告了该团队的发现，这些发现可以用来解释夏威夷等热点地区熔岩的复杂地球化学。

地幔对流是大陆漂移背后的驱动力，导致地表地震和火山爆发。通过地幔对流，来自地幔底部的物质可以被带到地表，这为深入了解地球深层的组成提供了线索。地核非常热(~4000 K)，地核地幔边界的岩石受热膨胀，密度较低。由于浮力的作用，这些热岩石(也称为地幔柱)可以迁移到地表。

观测、建模和预测表明，最深的地幔成分复杂，并不断地搅动和变化。

“热点玄武岩的复杂化学特征提供了证据，表明地球地幔最下层的组成部分与其他部分不同。推动这项研究的主要问题是地幔柱和地球地幔中的不同成分如何相互作用，以及这种相互作用如何导致热点玄武岩的复杂化学。这个问题的答案对我们理解地幔对流的性质非常重要，”正在攻读地质科学博士学位的第一作者李明明解释说。亚博老虎机网登录

“显然，我们无法进入地球内部去了解那里发生了什么。地幔对流过程应遵循质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本物理定律。我们所做的是通过求解控制地幔对流过程的方程来模拟地幔对流过程，”Li说。

长期以来，人们一直认为，地球的地幔包含几个不同的组成储层，包括位于最下层的一个较原始的古老储层，再循环的海洋地壳和枯竭的背景地幔。在夏威夷等热点地区发现的复杂的熔岩地球化学就是证据。热点熔岩中不同的组成成分可能来自这些不同的地幔储层。这些成分可能被地幔柱嵌入并携带到地表，但目前还不清楚单个地幔柱是如何连续对每个储层进行取样的。

在他的顾问、亚利桑那州立大学地球与空间探索学院的地球动力学家和副教授艾伦·麦克纳马拉(Allen McNamara)以及地震学家和SESE教授埃德·加尼罗(Ed Garnero)的参与下，李和他的合作者的数值实验表明，地幔柱确实可以携带来自几个水库的不同材料的组合。亚博网站下载

根据模拟结果，一些俯冲洋壳被直接带进地幔柱，但有相当一部分地壳(高达10%)进入了较原始的储集层。因此，地幔柱携带了相对年轻的海洋地壳直接从俯冲板，较老的海洋地壳与古老的更原始的物质和背景，枯竭的地幔搅拌的变化组合。因此，海洋地壳通过地幔储层的循环可以解释不同的再循环海洋地壳年龄的观测结果，并解释热点熔岩的化学复杂性。

“我们的计算需要很长时间——一次计算就需要一个多月——但结果是值得的，”李说。

来源:http://www.asu.edu/