科学家发现地球地幔对流的真正机制

（神秘的地球报道）据腾讯科学：地球内部矿物的对流模式在地球物理、地球化学及地球动力学界一直是一个十分有争议的话题，层段对流模式常为地球化学所钦睐，而地幔整体对流模式则为地球动力学所推崇。北京高压科学研究中心陈久华研究员根据对最新报道的下地幔矿物布氏岩(Bridgmanite)与镁方铁矿(magnesiowüstite)组合的高压流变实验结果及长期以来地球物理观测结果的分析，提出地球内部的矿物实际上在以一种混合模式对流（图）。该论述发表在2016年1月8日《科学》杂志。

布氏岩与镁方铁矿流变强弱相间的矿物组合在高应变的条件下会发生应变的局域化，从而导致在矿物组合体中形成局部软化层，根据Handy混合相流变的半经验理论及布氏岩和镁方铁矿的流变数据计算，该矿物组合局部软化层的粘度比组合主体的粘度低约1.5个数量级，使粘度比过渡带高近2个数量级的下地幔仍有局部易于矿物流动，长期的流动会导致流动区域矿物晶体的择优取向，形成地震波传播的各向异性，因此局部地震波速的各向异性成为矿物流动区域的标志。

地震波横波各向异性沿径向变化的研究曾在下地幔顶部和底部发现各向异性现象，显示矿物在下地幔顶部及底部的流动，结合下地幔中观测到的下沉俯冲带及上浮热柱，下地幔可形成层段对流。然而，单纯独立的层段对流，无法提供足够的层间热传导，因而可能导致过热的下地幔。

大量的地震观测结果显示部分俯冲带会在过渡带与下地幔的边界弯转，随次生热柱返回地表，而部分俯冲带会穿过过渡带与下地幔边界，到达核-幔边界，形成下地幔层段对流或地幔整体对流。因此综合所有实验与观测的结果，混合对流模式才是地幔对流真正机制。