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羽流,斑点,火山

类别: 夏威夷|火山|板块构造|热点

2015年9月2日

夏威夷群岛,典型的岛屿为许多游客和度假者而言也是地球科学家的独特的“梦岛”。它的活跃的火山,最重要的基石,一直连续喷射熔岩30多年,是一个独特的窗户进入地球更深的地区。然而,关于夏威夷及其火热山脉至少有一个科学谜:为什么有活跃的火山在庞大的太平洋中间,距离最近的火山主动板边界数千英里之外?

夏威夷下方的羽流显示为黄色。它从图片底部的地核和地幔(CMB)之间的边界到达一个更浅的地方,在那里呈扇形散开。顶部的绿色三角形代表夏威夷火山。

夏威夷下方的羽流显示为黄色。它从图片底部的地核和地幔(CMB)之间的边界到达一个更浅的地方,在那里呈扇形散开。顶部的绿色三角形代表夏威夷火山。(来源:2015,《自然》,525,95-99,doi:10.1038/nature14876

超过四十年前,1971年3月5日,普林斯顿的地球物理主义者是精确的,提出了这种困境的解决方案。夏威夷的火山,在“自然”中写下W. Jason摩根在“自然”中,被一个热点喂养,一个热的岩浆从地球内深处涌出。自从他发表的假设以来,夏威夷的数十个特色以及地球其他地方的许多地方都被发现,这强烈支持热点的想法。

但是,一个根本的问题仍然没有得到回答:这些喷发的岩浆柱的根源在哪里?这些岩浆柱为火山提供了营养。甚至40年后,这仍然是积极的主题,有时甚至是地球科学家之间激烈的争论:做羽毛提要从地球上地幔岩浆水库在几百英里的深度,还是他们达到到地幔之间的边界和其核心,1800英里在我们脚下。还有:这些羽流的实际形状是什么?它们是像烟囱一样笔直的形状,还是在通往地球表面的途中向外散开。

这些问题的答案是学术和疏鞋,因为他们乍一看,在我们仍然相当有限的了解驾驶板构造的热力发动机的理解方面非常重要,因此产生致命地震和海啸。如果羽毛有浅根,则将板推过地球表面的机构不涉及整个地幔。另一方面,一个深根的根部会指示一个巨大的热量发动机,对流电流一直到地球的核心。

通过地幔向表面上升的热岩羽毛的超级计算机模拟,在那里它们产生形成岛链的火山喷发。斯科特法语,NERSC&BERKELEY LAB的动画;Video by roxanne makasdjian和stephen mcnally,UC Berkeley

使用近300个强大的地震的录音,这在过去的20年里震撼了全球,以及我们自己伯尔斯利地震实验室的两位研究人员似乎找到了答案的两位超级计算机集群的数周。在今天的“自然”问题中,芭芭拉罗马罗斯和斯科特法语详细描述了羽毛:它们清楚地源于核心地幔边界。当他们的计算表明羽毛与烟囱不那么薄但在其下部至少400英里时,研究人员感到惊讶。在大约600英里的深度,羽毛变得更加越来越大,然后开始扇出扇出。表面的实际热点 - 火山 - 然后从这些展开的岩浆Blob中喂养。

Romanowicz和法语用于以这种细节向地球内部逐渐进入地球内部的技术称为地震断层扫描,其类似于医疗诊断中的CT扫描。虽然生成通常看不见的三维图像的数学技术在成像中的内部和地球内部的内部相同的同时,存在差异:医学中使用的X射线被不同的组织被不同地吸收身体。然而,在地球的内部,当它们通过羽流内部的岩浆时,震动波浪略微慢下来。这些微小差异在各种地震波的旅行时间是当前研究的基础。使用超级计算机购买,这两位研究人员将它们转换为首次完成太平洋和地球上的其他火山地区的羽毛的第一个完整的CT扫描。(HRA109)

全文可在这里找到:
French, S. W.和Romanowicz, B.(2015),根植于主要热点之下的地幔底部的广泛地幔柱,自然,525,95-99,doi:10.1038/nature14876