軟流層中的地幔物質(zhì)由于熱量增加，密度減小，體積膨脹，產(chǎn)生上升熱流，上升的地幔物質(zhì)遇到地殼底部向四周分流，隨著溫度下降，地幔物質(zhì)密度增大，又沉降到地幔中，這一過程稱為地幔對(duì)流。
正文
地幔中，特別是地幔軟流層中發(fā)生的熱對(duì)流。地幔對(duì)流是一種自然對(duì)流，既是發(fā)生在地幔中的一種傳熱方式（通過物質(zhì)運(yùn)動(dòng)傳遞熱量），又是一種地幔物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)過程（由物質(zhì)內(nèi)部密度差或溫度差所驅(qū)使的），是地球內(nèi)部向地球表面輸送能量、動(dòng)量和質(zhì)量的一種有效途徑。由于它被認(rèn)為是地球演化的最可能的驅(qū)動(dòng)因素，并且與大洋中脊裂谷和大陸裂谷的形成，地表熱點(diǎn)的分布，地震和火山活動(dòng)，以及某些礦物的生成密切相關(guān)而受到重視。
地幔對(duì)流是人們根據(jù)對(duì)地球的認(rèn)識(shí)而推斷出來的一種假說。早在1881年，費(fèi)希爾(O.Fisher)在《地殼物理學(xué)》一書中就提出了地幔中可能存在著對(duì)流的觀點(diǎn)。20世紀(jì)30年代，英國地質(zhì)學(xué)家霍姆斯(A.Holmes)曾企圖以地幔對(duì)流來解釋大陸漂移的驅(qū)動(dòng)機(jī)理。60年代，地幔對(duì)流的思想則成為解釋海底擴(kuò)張和板塊大地構(gòu)造學(xué)說的重要理論之一。板塊學(xué)說認(rèn)為，驅(qū)動(dòng)板塊運(yùn)動(dòng)的主要因素是某種形式的地幔對(duì)流。地幔對(duì)流是與地球動(dòng)力學(xué)的研究同時(shí)發(fā)展起來的。
按流變性質(zhì)劃分，地球上層應(yīng)分為巖石層（圈）和軟流層（圈）。軟流層中的地幔物質(zhì)由于部分熔化具有類流體性質(zhì)。在有限厚度流體層中由密度差（或溫差）驅(qū)使的熱對(duì)流一般呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)蜂窩中都有上升流、下降流和水平流動(dòng)，它們構(gòu)成一個(gè)完整的對(duì)流單元。二維問題中的對(duì)流單元稱為對(duì)流環(huán)。完全流體層中的對(duì)流環(huán)一般呈長(zhǎng)方形。根據(jù)深源地震資料以及地幔相變區(qū)和流變參數(shù)的估算，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為地幔對(duì)流層的最大深度為 700公里左右。因此在一個(gè)板塊下面就要有幾個(gè)甚至十幾個(gè)對(duì)流環(huán)。相鄰對(duì)流環(huán)中的流動(dòng)方向相反，對(duì)浮于其上的巖石層板塊的拖動(dòng)力方向也相反，造成拖動(dòng)力互相抵消（圖1）,這就是地幔對(duì)流研究中的所謂“縱橫比予盾”。
有人認(rèn)為把地幔對(duì)流限制在 700公里深的上地幔內(nèi)的根據(jù)是不充分的，因而主張全地幔對(duì)流。由于對(duì)流層的深度擴(kuò)展到核幔邊界的2900公里深處(圖2)，板塊水平尺度與對(duì)流層深度之比為1的量級(jí)，縱橫比的矛盾就可以得到解決。70年代末80年代初，全地幔對(duì)流研究十分活躍，包括探討全地幔對(duì)流的特征及其與地表觀測(cè)數(shù)據(jù)的聯(lián)系，特別是已開始考慮三維效應(yīng)。但是全地幔對(duì)流假說是否成立，還要由它能否解釋各種地球物理學(xué)觀測(cè)資料來判定。
巖石層板塊在大洋中脊由熱地幔物質(zhì)產(chǎn)生，在海溝處返回地幔，因而水平運(yùn)動(dòng)的巖石層板塊是地幔對(duì)流的組成部分。對(duì)流系統(tǒng)中應(yīng)當(dāng)同時(shí)包含具有不同流變性質(zhì)的巖石層和軟流層物質(zhì)。初步計(jì)算結(jié)果表明，巖石層在對(duì)流系統(tǒng)中出現(xiàn)，也使對(duì)流環(huán)的縱橫比更為合理。70年代末，這方面的研究工作還在不斷改進(jìn)，以期得到與地表觀測(cè)更符合的結(jié)果。
地幔對(duì)流中的上升流動(dòng)對(duì)地球物理學(xué)有重要意義。它是從地球內(nèi)部向地表輸送能量、動(dòng)量和質(zhì)量的主要途徑，被稱為地幔上涌流動(dòng)或熱柱（圖3）。柱狀地幔上涌流有時(shí)也被稱為地幔涌流。上涌流動(dòng)與大洋中脊裂谷和大陸裂谷的形成，地表熱點(diǎn)和火山現(xiàn)象密切相關(guān)，因而受到重視。
參考資料 >