三维模型显示了软流圈在板块运动中的新作用

对地球软流圈的新模拟发现，对流循环和压力驱动的流动有时会导致地球上最富流体的地幔层运动速度甚至超过其上的构造板块。

这是莱斯大学地球物理学家的一项新研究得出的结论。他们对100英里厚的地幔层的流动进行了模拟，地幔层开始于地球板块或岩石圈的底部。

网上的研究中,在《地球和行星科学快报,瞄准地球物理学中一个备受争议的问题:是什么驱使地球板块的运动,岩石圈的57联锁板滑动,研磨和撞在地震舞蹈导致地震,建立大陆并逐步重塑地球表面每几百万年吗?

“板块漂浮在软流圈的顶部，过去40年的主要理论是岩石圈独立于软流圈运动，而软流圈运动的唯一原因是板块拖着它前进，”这项新研究的主要合著者、研究生Alana Semple说。“软流层的详细观察拉蒙特研究小组返回一个更微妙的图片并建议,除其他事项外,在其中心,软流层有一个恒定的速度,但变化的速度在其顶部和基础,而且它有时似乎比岩石层流动方向不同。”

研究报告的作者之一、莱斯大学地球、环境和行星科学教授阿德里安·莱纳迪奇(Adrian Lenardic)说，在Rice进行的计算建模为解释这些令人困惑的观测提供了理论框架。

“我们已经展示了这些情况是如何通过在软流圈中板块和压力驱动流的结合而发生的，”他说。关键是要认识到，如果允许更精确地表示软流圈的粘度，由前米博士后托拜厄斯·霍林克提出的一种理论就有可能解释拉蒙特观测结果。Alana的数值模拟包含了这种粘性，并表明修正后的模型可以解释新的观测结果。在这个过程中，这提供了一种思考岩石圈和软流圈之间关系的新方法。

虽然软流圈是由岩石构成的，但它承受着巨大的压力，可能导致其内容流动。

“地幔中的热对流会产生动态的压力变化，”Semple说。相对于上面的构造板块，软流圈的弱点使它能够对压力变化做出不同的反应。我们的模型显示了这是如何导致软流圈速度超过上面板块的速度。这些模型还显示了软流圈内的流动是如何与板块相抵消的，这与拉蒙特组的观测结果一致。

海洋岩石圈形成于海洋中脊，并向俯冲带流动，在俯冲带中，一个板块在另一个板块之下滑动。在这个过程中，岩石圈冷却，地球内部的热量被转移到它的表面。俯冲使较冷的岩石圈物质重新进入地幔，冷却电流回流到深部内部。

Semple的三维模型模拟了对流循环和软流圈。她称赞赖斯的研究计算中心(CRC)帮助她在赖斯的达文西超级计算机上进行模拟——有些模拟耗时长达六周。

Semple说模拟显示了对流循环和压力驱动的流动是如何驱动构造运动的。

她说:“我们的论文表明，在软流层中，压力驱动的流动可以通过拖拽板块来促进构造板块的运动。”“一个显著的贡献来自于‘板拉’，这是一个重力驱动的过程，它将板块拉向俯冲带。”板拉仍然是移动板块的主要过程，但是我们的模型显示软流圈对板块运动的贡献比我们之前认为的要大。