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地壳再循环

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研究地幔动力学促进了解俯冲地壳的最终变化.

地壳再循环（英语：Crustal recycling） 是一种地质构造过程，该过程能把岩石圈的地表物质经过俯冲侵蚀或地壳分层剥离作用再循环到地幔中。 此过程能将挥发性化合物，水以及地壳物质随俯冲板块片进入地幔，同时也将地壳中的同位素带入地幔。地壳再循环的证据是在地幔衍生的岩石（如大洋中脊玄武岩或金伯利岩）中找到地壳物质。

理论

根据地震资料解释，一般学者都接受地球由固体的地壳和地幔和流体的外核和固体最内核组成[1]。但对地幔对流的解释则分为两派：地幔整层对流[2][3]， 和地幔分层对流[4][5]。 地幔分层对流的支持者认为，地幔内部经由相变分两层独立对流。一层由橄榄石、石榴石和辉石等最质密的矿物组成，另一层由晶体密集结构集的矿物，如尖晶石，硅酸盐钙钛矿和后钙钛矿组成。相对寒冷的地表温度，能使俯冲的板块具有负浮力，但这种负浮力不足以可让板块能通过 660 公里的相变。 地幔整层对流支持者认为，虽然地幔内可观测到的密度差异（推测是矿物相变引起的），但不会限制整层的对流运动，对流可以穿过上地幔和下地幔。俯冲板块片能够移动通过 660 公里的相变。并聚集在地幔底部附近形成“板片墓地”。这也可能是局部地幔[6]。

俯冲物质的归宿

了解地壳物质的最终归宿是研究球化学循环，地幔中持续的非均质性、上升流，以及对岩浆成分、熔融、板块构造、地幔动力学和热流等的关键资料[7] 。如果板块在 660 公里边界处停滞不前，正如地幔分层对流假说所建议的，它们就不能并入地幔热柱中，而地幔热柱被认为起源于核幔边界。如果板块能进入核幔边界的“板块墓地”，这与平的板块俯冲几何形状又不符。在地幔中的动力可能是两种假设的混合，部分是地幔分层对流系统。 我们目前对地球深处结构的理解主要是通过使用地震学、岩石学、同位素地球化学和地震成像技术，对地幔特征是经由直接和间接测量数据而推断得出的。尤其是地震学在很大程度上根据地核-地幔边界附近的资料。

证据

地震层析成像

根据地震层析成像资料，1997及2005年，在核幔边界附近发现凉冷的板块[8][9]。然而，660 公里的相变仍然可能在深处影响板块的的下行运动[10] 俯冲带的形状也是板块的几何形状能否克服相变边界的关键[3]。

矿物的演变也可能造成影响，因为处于亚稳态的橄榄石，在局部的会形成正浮力区域，可能导致下行的板块在660 公里相变密度增加时“失速” [11]。板块矿物在深度的变化[12],并未考虑到有关板块加热速率进行计算，若考虑到加热速率，有可能帮助板块维持足够长的负浮力来穿透 660 公里的相变区。

稳定同位素

研究地球各层之间的差异不仅依据流变学，也要依据化学，这对追踪地壳物质的运移至关重要。即使它已经被俯冲。一块岩石若从地壳下部移动到地球表面后，可以对该岩石进行采样，确定其稳定的同位素组成。然后与已知的地壳和地幔同位素组成以及球粒陨石进行比较，球粒陨石被认为代表了太阳系形成时未改变状态的原始物质。

上地幔的 5% 到 10% 被估计是由回收的地壳物质组成的[13]。根据同位素，在冰岛的地幔喷发熔岩有地壳下部成分，证实了当地的地壳循环。 根据碳同位素，一些火成碳酸岩中具有机碳物质。而这些有机碳只能被俯冲的地壳带入到地幔[14][15] ，然后随含不混溶挥发物的岩浆[16]和地幔指标矿物金刚石返回地表。Walter 等人根据火成碳酸盐岩的研究[16]，进一步提出岩浆源自脱水板块而成的学说。

参考文献

  1. ^ Lowrie, W. (2007). Fundamentals of geophysics (2 ed.). Cambridge University Press. p. 121. ISBN 978-0-521-67596-3. Retrieved 24 November 2011
  2. ^ Gurnis, M. (1988). "Large-scale mantle convection and the aggregation and dispersal of supercontinents". Nature. 332 (6166): 695–699. Bibcode:1988Natur.332..695G. doi:10.1038/332695a0. S2CID 4233351
  3. ^ 3.0 3.1 Bercovici, D.; Karato, S. I. (2003). "Whole-mantle convection and the transition-zone water filter". Nature. 425 (6953): 39–44. Bibcode:2003Natur.425...39B. doi:10.1038/nature01918. PMID 12955133. S2CID 4428456
  4. ^ Albarede, F.; Van Der Hilst, R. D. (2002). "Zoned mantle convection". Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 360 (1800): 2569–92. Bibcode:2002RSPTA.360.2569A. doi:10.1098/rsta.2002.1081. PMID 12460481. S2CID 1404118
  5. ^ Ogawa, M. (2003). "Chemical stratification in a two-dimensional convecting mantle with magmatism and moving plates". Journal of Geophysical Research. 108 (B12): 2561. Bibcode:2003JGRB..108.2561O. doi:10.1029/2002JB002205.
  6. ^ Forte, A. M.; Mitrovica, J. X.; Moucha, R.; Simmons, N. A.; Grand, S. P. (2007). "Descent of the ancient Farallon slab drives localized mantle flow below the New Madrid seismic zone". Geophysical Research Letters. 34 (4): L04308. Bibcode:2007GeoRL..34.4308F. doi:10.1029/2006GL027895. S2CID 10662775
  7. ^ Lay, T. (1994). "The Fate of Descending Slabs". Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 22: 33–61. Bibcode:1994AREPS..22...33L. doi:10.1146/annurev.ea.22.050194.000341. S2CID 53414293
  8. ^ Kerr, Richard A. (January 31, 1997). "Deep-Sinking Slabs Stir the Mantle". Science. 275 (5300): 613–615. doi:10.1126/science.275.5300.613. S2CID 129593362
  9. ^ Hutko, A. R.; Lay, T.; Garnero, E. J.; Revenaugh, J. (2006). "Seismic detection of folded, subducted lithosphere at the core–mantle boundary". Nature. 441 (7091): 333–336. Bibcode:2006Natur.441..333H. doi:10.1038/nature04757. PMID 16710418. S2CID 4408681
  10. ^ Schellart, W. P. (2004). "Kinematics of subduction and subduction-induced flow in the upper mantle". Journal of Geophysical Research. 109 (B7): B07401. Bibcode:2004JGRB..109.7401S. doi:10.1029/2004JB002970
  11. ^ Marton, F. C.; Bina, C. R.; Stein, S.; Rubie, D. C. (1999). "Effects of slab mineralogy on subduction rates" (PDF). Geophysical Research Letters. 26 (1): 119–122. Bibcode:1999GeoRL..26..119M. doi:10.1029/1998GL900230
  12. ^ Ganguly, J.; Freed, A.; Saxena, S. (2009). "Density profiles of oceanic slabs and surrounding mantle: Integrated thermodynamic and thermal modeling, and implications for the fate of slabs at the 660km discontinuity". Physics of the Earth and Planetary Interiors. 172 (3–4): 257. Bibcode:2009PEPI..172..257G. doi:10.1016/j.pepi.2008.10.005
  13. ^ Cooper, K. M.; Eiler, J. M.; Sims, K. W. W.; Langmuir, C. H. (2009). "Distribution of recycled crust within the upper mantle: Insights from the oxygen isotope composition of MORB from the Australian-Antarctic Discordance". Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 10 (12): n/a. Bibcode:2009GGG....1012004C
  14. ^ Riches, A. J. V.; Liu, Y.; Day, J. M. D.; Spetsius, Z. V.; Taylor, L. A. (2010). "Subducted oceanic crust as diamond hosts revealed by garnets of mantle xenoliths from Nyurbinskaya, Siberia". Lithos. 120 (3–4): 368. Bibcode:2010Litho.120..368R. doi:10.1016/j.lithos.2010.09.006
  15. ^ Shcheka, S. S.; Wiedenbeck, M.; Frost, D. J.; Keppler, H. (2006). "Carbon solubility in mantle minerals". Earth and Planetary Science Letters. 245 (3–4): 730. Bibcode:2006E&PSL.245..730S. doi:10.1016/j.epsl.2006.03.036
  16. ^ 16.0 16.1 Walter, M. J.; Bulanova, G. P.; Armstrong, L. S.; Keshav, S.; Blundy, J. D.; Gudfinnsson, G.; Lord, O. T.; Lennie, A. R.; Clark, S. M.; Smith, C. B.; Gobbo, L. (2008). "Primary carbonatite melt from deeply subducted oceanic crust". Nature. 454 (7204): 622–625. Bibcode:2008Natur.454..622W. doi:10.1038/nature07132. PMID 18668105. S2CID 4429507
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