大洋板块到底俯冲进地球有多深 - Dr. Jiuhua Chen

APRIL 5, 2017

在地球表面，当大洋板块与大陆板块相遇，大洋板块会被挤压俯冲到地球的深部形成富水的俯冲带。与地球内部的高温相比，俯冲带的温度较低，尽管随着俯冲带向地球内部下沉压力会不断升高，很多低压矿物会在俯冲带中维持亚稳状态。而当这些亚稳矿物最终发生相变时往往会有地震相伴。多年来，俯冲带中亚稳的橄榄石到底会下沉多深一直是国际上非常有争议的问题。起初科学家根据俯冲带的温度推断大量橄榄石会以亚稳状态的形式进入上地幔与下地幔间的过度带（410-660 公里深度范围），进而解释过度带中发生的深层地震。但后来科学家发现，橄榄石向高压相的相变速率会由于水的存在而大大加快，即便是在冲带的温度环境下，橄榄石也会很快发生相变而不会在过度带中以亚稳状态的形式存在。深层地震的解释再次陷入迷雾。最近，北京高压科学研究中心陈久华研究员与台湾中央研究院謝文斌实验室合作，成功测试了高压下水对橄榄石热导率的影响，发现尽管常压下橄榄石热导率几乎不受水的影响，但在过度带的压力下（十三万大气压以上）橄榄石中的水会使其热导率下降一半。因此俯冲带中的温度会比原来科学家想象更低，橄榄石又可以在过度带生存了。该研究结果“Hydration-reduced lattice thermal conductivity of olivine in Earth's upper mantle”于4月4日发表在《美国科学院院报》上。