3．2 壳、幔、核之间的圈层耦合

    上一小节中提到的地球的各个子系统之间存在的相互作用，在很大程度上体现为地球圈层间在物质和运动方面的耦合过程，即圈层耦合。就长期尺度的全球变化而言，壳-幔之间的物质交换和动力反馈是一种重要的内因，并且也集中体现了圈层耦合的基本特征，可用图3-11a为代表的威尔逊板块构造模式（详见第五章1．4节）加以解释。

    在一个由此模型驱动的板块运动旋回中，岩石圈板块的运动是由分层发生的上地幔对流过程所驱动的。上、下地幔内部的热对流各自相对独立，除在两者的界面之间存在着能量交换外，在上、下地幔之间基本上没有明显的物质交换过程。热地幔柱产生于上下地幔的分界面上，形成洋底高原，推动岩石圈板块由大洋中脊处向岛弧-海沟处漂移。同时将一部分地幔物质带入到大陆和大洋板块中，从而也改变了地壳的物质组成。但观察资料——尤其是地球化学元素分析——显示出，壳- 幔之间的物质和动力交换过程，在规模和程度上都要大于单一的地壳-上地幔耦合方式，但又小于全幔尺度的整体热对流所应该导致的结果。因此另一种更大尺度的“主流翻涌”模式（main overturn model）被提出来，用以解释观察资料与威尔逊模式之间的矛盾。如图3-11b所示，俯冲的地壳冷物质下沉并越过上、下地幔之间的界面（660km深度），压迫和推动产生于下地幔与外核界面（2900km深度）处的超级热幔柱（Superplume），后者向上到达上地幔上部的岩石圈底部，再推动岩石圈板块的运动，实现壳-幔-核之间的物质-能量交换。

     超级热幔柱的成因，近年认为是液态外核散发的热量通过传导过程穿透核-幔界面后，被地幔底部的D″层（硅酸盐及各种金属组成）吸收。当积累足够热量后，因过热而密度减小的下地幔巨型热流体上升，从核-幔边界附近往上穿过整个地幔而到达岩石圈底部或地表，形成跨越核-幔和幔-壳两大界面，行程近3000km的超级热幔柱。
　　本文标题：地球内部的圈层结构和圈层耦合-地球的物理性质和圈层结构(2)
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