在我們腳下的地殼深處,隱藏著乙個廣闊而神秘的世界——地幔。 地幔作為地球內部的主要組成部分,不僅是地殼和地核之間的關鍵環節,也是板塊運動、火山噴發和活動的重要來源。 它就像地球的心臟,其獨特的物質組成和複雜的結構對於了解地球的形成、演化和地質動力學具有至關重要的意義。
地幔位於地殼下方,從莫霍表面(約5-70公里深)延伸到古騰堡表面(約2890公里深),總厚度超過2900公里,約佔地球總體積的84%,約佔地球總質量的67%。 該層由緻密的岩性物質組成,其中含有豐富的礦物成分,整體外觀具有複雜的層次和物理狀態。
地幔的主要物質由矽酸鹽礦物組成,主要包括橄欖石(如鎂鐵質橄欖石和鈣鋁榴石)、輝石、尖晶石等高壓相礦物,在地幔的極端高溫高壓條件下結晶。 特別是橄欖石,地幔中最豐富的礦物之一,構成了所謂的“橄欖岩”系列岩石的基礎。
地幔可以進一步細分為兩個主要部分:
上地幔從地殼下限到約660公里的深度,上地幔的岩石在室溫和室壓下大多是固體,但在上部有乙個特殊的層,即軟流圈。 軟流圈是波傳播速度明顯降低的地方,推測是放射性元素衰變產生的熱量導致岩石部分熔化形成的,放射性元素是主要的岩漿,對板塊構造活動有直接影響。
下地幔:從660公里的深度到古騰堡表面,有下地幔區域。 這裡的壓力和溫度非常高,礦物處於高壓階段,儘管尚未達到液態金屬芯的高溫,但仍表現出塑性流動特性。 下地幔可能含有不同的矽酸鹽礦物高壓變體,例如後鈣鈦礦,具體的化學成分和相變過程仍在研究中。
科學家通過分析不同地幔層中**波的速度變化,進行模擬地幔條件的礦物相變實驗室實驗,研究地幔中的稀有鑽石和其他深源礦物,逐步揭示了地幔的組成特徵。 然而,由於地幔的深度和極端環境,直接取樣至今仍是一項重大的技術挑戰。
近年來,隨著科學技術的進步,對地幔的認識不斷加深,例如利用超深鑽探技術獲取地殼與地幔交界處的岩石樣品(如著名的“科拉超深鑽孔”工程),以及通過對洋中脊玄武岩樣品中微量元素的同位素分析間接推斷地幔的組成。
總的來說,地幔的組成和結構是地球科學的核心課題之一,其研究不僅有助於我們勾勒出更完整、更細緻的地球內部圖景,還有助於回答地球如何維持其內部熱能迴圈、板塊構造動力學、 以及地球的早期歷史。未來,隨著探測技術和理論模型的進一步發展,地幔的秘密將更加清晰地向世人揭示。