探秘地球丨地幔柱假说的由来

地球形成后，陆地呈现超级大陆的形式，而超级大陆不是固定不变的，呈现分裂和聚拢的交替往复。

魏格纳在1912年提出“盘古大陆”一词用来解释大陆漂移，而这一假说提出后一直深受质疑，直到1970年该假说才逐渐被广大学者所接受，并演变为今天的板块构造理论。

从板块构造到地幔柱假说

板块构造理论的提出不仅证实了大陆漂移的存在，也为大陆漂移的动力来源提供了研究方向。板块构造理论虽然可以解释地球表面大部分现象，但是还有一部分现象无法对其解释。

因此，板块构造理论诞生后不久，地幔柱理论则被提出，该理论可以很好的对板块构造理论无法解释的现象进行解释。

1963年加拿大学者Wilson对夏威夷附近火山岛屿的喷发时间顺序和排列顺序进行研究，提出了热点假说。

1971年Morgan对Wilson提出的热点进行分析，认为热点是由一种起源于核幔边界的地幔柱缓慢生长到达地面的结果。一年后Morgan对地幔柱进行了解释说明，认为地幔柱生长于核幔边界处，该区域物质成固态向液态的转换状态，此时元素裂解释放大量热量，这些热物质由于密度原因不断抬升，直至岩石圈冷却向四周扩散，形成球状顶冠和狭窄尾柱的地幔柱。

地幔柱生长过程

“柱头”和“柱尾”结构的形成和发展

经过20年的讨论与发展，Griffiths和Campbell两位学者在Morgan的基础上，对地幔柱理论进行了完善，建立了动态地幔热柱结构模型，认为地幔柱是由巨大的蘑菇状柱头和细长的热柱尾两部分组成，该模型解决了学者一直质疑的热驱动和大粘滞度两大问题。

Maruyama根据地幔柱理论结合地球物理层析成像结果，于1994年给出了全球几个大的地幔柱地区，这些地区也成为后续人们研究地幔柱的核心地区。

全球和区域的地震层析成像结果显示，海南岛下方可能存在地幔柱，Liu H 等利用卫星重力测量数据和地震面波频散数据进行联合反演和地球动力学模拟，发现中国东部至海南这一地震速度异常的线性走廊可能是由地幔柱和大陆岩石圈与较弱的下地壳相互作用而形成的。

主要问题

地幔柱理论虽然很好的解释了板块构造理论无法解释的问题，对其进行了很好的补充，但地幔柱理论仍然被一些科学家所质疑。主要因为地幔柱至今没有被地球物理层析成像所验证，且地幔柱建立的理论基础也存在众多问题。

地幔柱建立的基础是Morgan提出的3个假设：

地幔柱起源于核幔边界。但是Christiansen等通过地球物理层析成像方法对在黄石地区地幔热异常进行研究，发现该地区热异常仅存在于地幔上部。

地表所观察的热点下方都有相对应的高温地幔。冰岛地区可以观察到存在热点，但在对该地区的热流值进行测量，发现该地区热流值与其他地区并未存在差别。

地幔柱是相对静止的。1963年Wilson以夏威夷附近火山岛屿为基础提出了热点假说，对该处火山链成60 夹角的现象解释为板块运动造成的。但有学者对这一地区板块构造进行重构，发现板块运动不足以造成此夹角，推测此夹角可能是由地幔柱自身运动造成的。

可见地幔柱假设构建的基础存在诸多矛盾。

逐步完善

（1）地幔柱假设虽仍受质疑，但地幔柱存在的证据越来越全面，地震层析成像的结果也越来越清晰。虽然现在还没有直接证据表明地幔柱的存在，但随着技术的发展，众多学科的交融，地幔柱真实的面孔将会被展现出来。

（2）地幔柱假设还存在相互矛盾的地方，但这些问题不能成为否定地幔柱存在的理由。目前地幔柱的真实情况还不清晰，因此，存在一些问题是正常的现象，随着越来越多证据的发现，地幔柱假设也将会逐步完善。

（3）地幔柱假设和板块构造理论存在相互矛盾的地方，不能以此来否定地幔柱的存在。地球上的自然现象不会完全重复，用单一的理论很难解释所有的现象，地幔柱的存在解释了板块构造理论无法解释的现象。因此，后续研究应将两个理论相互融合，形成完善的地幔柱理论。

资料参考：《地幔柱研究进展》杜航，王俊，钱婷，王大伟，朱音杰。

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来源：济震微讯