地球核幔物质交换及通道研究

【作者】 王梓宣； 王君恒；

【机构】 中国地质大学(北京)；

【摘要】 在对地球内外核的形成提出了垂直分异、对流分异基础上,对地核地幔物质交换通道提出设想,并进行初步论证。内外核是由不同的分异方式形成的,其年龄也不同。内核首先形成,为垂直分异,且形成时为液态。就目前广为讨论的两种吸积情况下分析^[1],在均一吸积的情况下,地球内部几乎全部熔融,重的物质下沉分异为内核;在非均一吸积的情况下,强大的的吸积能吸引密度大的星子首先形成内核并且温度加热到足以使他们熔融。外核是在地幔对流启动后形成的,地幔对流导致地幔中大量的重的铁镍质物质通过通道流入核幔边界下,形成液态的外核。固体内核形成时半径为1251公里,对流运动增加了2229公里半径的外核,使地核增大到3478公里。我们推测正是核、幔物质的交换导致了地核的增大及地幔减薄,提出两类核、幔物质交换通道:洋中脊下方为地幔中重物质进入地核,形成液态外核的主要通道,此处的核幔边界是开放的,地幔对流环上升,热能从地核源源不断的向上输送,并有少量地核中的轻物质伴随上升,而地幔重的铁镍物质在被熔融分异后下降到外地核,形成液态的外核。而类似夏威夷、萨摩亚地区发现的超级深根地幔柱,我们认为这是地核中轻物质进入地幔及少量重物质进入地核的通道。大量的轻元素、水和气体聚集在附近地核表层,被地核的热能加热挤压,上升形成通道。目前的资料显示,对于洋中脊地区,其岩石物质分析显示其源区为地幔及软流圈,其中的铁锰比含量低于夏威夷、萨摩亚等地区的洋岛玄武岩（OIB）^[2][3],而在夏威夷处,其象征地核成分的铁锰比含量明显高于洋中脊,另外同位素追踪结果表示其玄武岩岩石中含有来自地核的负μ182W,而地幔中该同位素为正^[4]。由于二叠前核幔物质交换速度较慢,所以地核增大地幔减薄的过程较慢,一对地幔大对流环一致维持,便形成统一的泛大陆。二叠中期,地幔减薄到一定尺度,空间变小到一定量级,经过了短暂地幔紊乱,玄武岩、橄榄岩地表喷发,一对大对流环变成三对较小地幔对流环,泛大陆分裂。目前泛大陆继续分裂、俯冲碰撞,地幔对流环增加到四对^[5]。根据推论,可利用半径、体积、质量比推断了月球与火星固体核的大小,分别为330公里与666公里,目前固体月核的大小已有资料表明与推测一致,火星固体核的资料还有待验证。初步的资料可以支持我们提出的核幔物质交换通道构想。下一步的研究方向致力于,核幔物质交换、地幔减薄、地核增大的速率是否与原始大陆形成的漫长过程和分裂相对短暂过程在时标、速度、能量等方面相匹配。更多还原