板块构造学说和地幔柱假说之漫谈
地幔柱大辩论及如何验证地幔柱假说_徐义刚
地 学前缘( 中国地质大学( 北京) ; 北京大学) Eart h Science Front iers ( Chin a U niversit y of G eosci ences, Beijing; Peking U niversit y)
V ol. 14 N o. 2 M ar. 2007
Wilson ( 1963) [ 1] 根据太平洋、大西洋和 印度 发年龄顺序变化的现象, 提出了热点假说。他认为 洋中一些火山岛屿和海山具有线状分布特征以及喷 这些热点相对静止, 所以当岩石圈板块漂移经过这
收稿日期: 2006- 12- 12 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 40421303, 40234046) 作者简介: 徐义刚( 1966 ) , 男, 博士, 研究员, 岩石地球化学专业。
Xu Yigang, He Bin, Huang Xiaolong, et al The debate over mantle plumes and how to test the plume hypothesis Earth Science Frontiers, 2007, 14( 2) : 001- 009
Abstract: Current debates ov er mant le plumes ar e centered on three assumptions namely: ( 1) cylindr ical therma lly- anomalo us materia ls which ar ise fro m the cor e- mantle boundary ; ( 2) hig h temper ature o f mant le plumes; ( 3) mantle plumes are statio na ry. A full t est o f the validity o f these assumptions requires a compr ehensive ev aluatio n using techniques including hig h- resolution seismic tomo gr aphy , petro lo gy and paleomagnetism. It is a rg ued in this paper that the plume hy pothesis can fairly well ex plain first- o rder geo log ic observations. G eoscient ists ag ainst the plume hy po thesis o ften tend t o ov er- emphasized so me details that may be also influenced by other facto rs, in additio n t o mantle plumes. Five cr iteria can be used to identify ancient mant le plumes: ( 1) cr ustal uplift prio r to volcanism; ( 2) dy ke sw arms; ( 3) v olcanic cha in; ( 4) phy sical characteristics of vo lcanism and ( 5) chemical char act eristics of plume- der iv ed basalts. O ur investig ation sho ws that at least three, and perhaps, fo ur o f t hese cr iter ia ar e met for the Emeishan larg e igneous pr ovince, sugg est ing that a mant le plume played a centr al r ole in the g ener ation of the Emeishan basalts. Key words: mantle plumes; lar ge ig neo us prov ince; test ing; identification o f ancient plumes; Emeishan basalts
[理学]板块构造学说
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地球科学大辞典板块构造学说板块构造学说总论【全球板块构造】global plate tectonics现代板块边界主要是根据全球地震活动带和各种地质、地球物理资料划分的，因为构造地震意味着两侧地质体发生相互错移。
沿全球洋中脊分布的张性浅源地震带反映了两侧板块在背向运动；沿大陆边缘分布的倾斜地震带(贝尼奥夫带)代表两侧板块相向汇聚。
由此得出全球板块分布(如图)。
新洋壳现在正沿大西洋等大洋中脊产生。
红海就是印度洋中脊伸入非洲板块、使后者裂离而出现的新生洋盆。
阿尔卑斯 喜马拉雅山系是欧亚板块和非洲、印澳板块碰撞汇聚的地方。
可以看出多数情况下洋、陆边缘与板块界线并不一致。
全球板块构造(据D.P.McKenzie and F.Richter,1976)箭头和数字示相邻板块运动的方向和速度，单位cm/aⅠ.阿拉伯板块；Ⅱ.欧亚板块；Ⅲ.可可斯板块；Ⅳ.北美板块；Ⅴ.加勒比板块；Ⅵ.南美板块；Ⅶ.纳兹卡板块；Ⅷ.南极洲板块；Ⅸ.太平洋板块；Ⅹ.菲律宾海板块；Ⅺ.澳大利亚 印度板块；Ⅻ.非洲板块【岩石圈板块】lithosphere plate地球岩石圈被一些构造活动带(如洋中脊、岛弧海沟系、转换断层)分割成若干个不连续的板状块体。
每个板块的厚度50～150千米不等，面积大小也各不相同，故可按其直径大小划分为大、中、小板块。
也有人以巨板块、板块、亚板块和微板块等区分之。
最初由勒皮雄(Le Pichon，1968)将全球岩石圈划分出欧亚板块、太平洋板块、印度洋板块、非洲板块、美洲板块和南极洲板块等六个大板块。
以后，这些全球性的板块又被进一步划分出许多次一级板块。
例如美洲板块又被划分成南、北美洲两个板块等。
从垂向剖面上看，岩石圈板块具有双层结构，下部由上地幔上部物质组成，其成分相当于橄榄岩；上部即为莫霍面以上的地壳。
在空间上，板块的成分和厚度变化都很大。
板块的形状与全球海陆分布的地理面貌之间通常并不一致，只有少数例外，如太平洋板块主要全由洋壳组成，没有陆壳分布。
简述板块构造学说的主要观点
简述板块构造学说的主要观点板块构造学说是地质学的一个重要分支，它主要研究地壳的构造和演化过程。
在板块构造学说中，主要有以下几个主要观点：1. 地球外部由多个板块组成：板块构造学说认为地球外部的地壳是由多个板块组成的。
这些板块相对独立，具有自己的特点和运动规律。
板块之间通过板块边界相互连接。
2. 板块之间存在三种不同类型的边界：板块构造学说认为，板块之间存在三种不同类型的边界，分别是构造边界、转换边界和扩张边界。
构造边界是两个板块之间的相互碰撞、挤压或拉伸形成的边界；转换边界是两个板块之间相对滑动的边界；扩张边界是两个板块之间发生拉伸形成的边界。
3. 板块之间存在三种不同类型的运动：板块构造学说认为，板块之间存在三种不同类型的运动，分别是构造运动、转换运动和扩张运动。
构造运动是两个板块之间的相互碰撞、挤压或拉伸形成的运动；转换运动是两个板块之间相对滑动的运动；扩张运动是两个板块之间发生拉伸形成的运动。
4. 板块构造是地球表面地质现象的主要原因：板块构造学说认为，板块构造是地球表面地质现象的主要原因。
板块之间的运动和相互作用导致地壳的变形和地质活动，如山脉的形成、地震的发生、火山的喷发等。
5. 板块构造与自然灾害的关系密切：板块构造学说认为，板块构造与自然灾害的关系密切。
板块之间的相互作用和运动会导致地震、火山喷发等自然灾害的发生。
因此，研究板块构造对于预测和防范自然灾害具有重要意义。
6. 板块构造与地球演化的关系密切：板块构造学说认为，板块构造与地球演化的关系密切。
板块之间的相互作用和运动是地球演化的重要驱动力之一。
通过研究板块构造，可以了解地球的演化过程和地质历史。
板块构造学说的主要观点包括地球外部由多个板块组成，板块之间存在不同类型的边界和运动，板块构造是地球表面地质现象的主要原因，板块构造与自然灾害和地球演化的关系密切。
这些观点对于我们深入了解地球的结构和演化，预测和防范自然灾害具有重要意义。
地幔柱研究述评
文章编号:100922722(2004)0820016204地幔柱研究述评周连成1,白伟明1,2,赵俐红3,陆 凯1(1青岛海洋地质研究所,青岛266071;2中国海洋大学,青岛266003;3国家海洋局第二海洋研究所,杭州310012)摘 要:地幔柱与热点既可见于板块内部,也可见于洋中脊和造山带等板块边界,既可见于现代更可见于古代,因而它可能影响到地表各处的成矿作用。
简单介绍了地幔柱特征、类型及其在富钴结壳成矿作用中的地位。
关键词:地幔柱;热点;成矿作用中图分类号:P736.14 文献标识码:A1 地幔柱构造理论的提出J W Wilson于1963年第1个大胆地提出,海洋岩石圈在一个能产生大量岩浆的较热的固定不动的地幔区域上的水平运动可能形成诸如夏威夷—皇帝岛链的猜想,而且根据岛链形状和相应的化石年龄资料,得到了一套用以说明由岛链表现出来的值得注意的迁移形式的机制[1]。
现在看来,他提出的这套机制与板块构造模式是一致的。
他认为,形成火山的岩浆来自上地幔中相对固定的岩浆源———热点。
由于岩浆源处于地壳板块之下,而板块在不停地作横向运动,致使已形成的活火山最终离开热点,并且活动停止。
这一过程最终便形成了一个沿着海底扩张方向离开热点的死火山链,因而火山链的年龄也逐渐变老。
这一热点概念的提出基本与板块构造理论的提出同期。
20世纪70年代初,Wilson(1973)又提出热点是从地幔上升的地幔热柱在地表的反映,它主要以火山作用、高热流和上隆为标志[2]。
1972年Morgan把Wilson的这套模式扩大到了包括太平洋其他走向的岛链,认为海山物质的部分熔融需要大量岩石,并提出熔融点收稿日期:2004204213作者简介:周连成(1975—),男,研究实习员,从事海洋地球物探研究工作。
既提供了母岩物质,也提供了热。
他提出热点火山活动所需的岩浆物质来自地球深部,是由于放射性元素分裂、释放热能,从重力高处的火山底下上升出来的,明确提出了地幔柱的概念[3]。
区域地质学(板块构造)第四章_地幔柱构造
5、全球气候变化和海平面上升
地质历史时期中由于热幔柱活动所引起全球气候变 暖问题已引起学者们的注意，有关白垩纪温度异常（引 起一系列地质作用，如最大海侵、海平面大幅度上升、 全球缺氧事件），原来一直用大陆的重新配置即古地理 位置因素予以解释，但Caldeira and Rampino（1990） 的计算模拟表明，仅用古地理因素不足以解释 K古温度 异常的幅度。白垩纪中期温度上升幅度 6-14°C ，而大 陆位置改变及其它古地理因素仅可使温度上升 4.84°C ， 但如果将古地理和周期热幔柱释放的CO2所引起的温室 效应因素综合考虑，可使 K 中期温度上升 7.6-12.54°C 。 地幔柱强烈活动所引起的全球气候变暖的一个结果 是海平面明显上升，故 Larson（ 1991）认为，K中期海 平面明显上升是同期全球超级热幔柱活动的间接效应。
课堂讨论
讨论题目：地幔柱假说的主要内容及其地质意义 。 主要内容： 1．地幔柱概念的由来与沿革 2．地幔柱的基本特征 3．地幔柱研究的地质意义 4．地幔柱构造与板块构造关系
第四章
地幔柱构造
第四章
地幔柱构造
一、地幔柱概念的由来 二、地幔柱的基本特征 三、地幔柱研究的地质意义 四、地幔柱构造与板块构造关系 五、冷幔柱和超级地幔柱的研究
四、地幔柱构造与板块构造关系
丸山茂德（1994）指出，板块构造与地幔柱 之间的关系如下：联合古陆中部链状地幔喷流的 上涌，使大西洋张开，D”层成因的超级地幔柱在 大西洋中脊之下呈链状排列，说明中脊被下面链 状地幔喷流柱固定住，但多少出现了小范围的水 平位移，如此，大西洋中的板块驱动力可能是核 幔边界形成的地幔柱，即板块构造受到地幔柱构 造的控制。在俯冲带位于北面（爪哇海沟）的印 度洋和两侧都有俯冲带的太平洋，中脊与超级地 幔柱无关。这意味着在俯冲带发育时，板块构造 与地幔柱无关，与这种变化相对应，板块运动发 生了明显变化，印度洋和太平洋中板块运动速度 比大西洋快5倍。
普通地质学ecit09第九章 全球动力学模式：从板块构造到地幔柱
火山链和大陆溢流玄武岩(CFB )的成因，提出了板块内部
和地球深部的活动性问题，深化、完善了板块构造学说。
1. 地幔柱的概念 Morgan 最 早 描 述 的 地 幔 柱 大 致 意 思 是 ， 地 幔 柱 （plume）是一种起源于深部地幔、能在地表形成“热
点”(hot spots)的相对原始热物质流，其形成主要是由于
Alfred Wegner was a German Meteorologist in the early 1900s who studied ancient climates. Like most people, the jigsaw puzzle appearance of the Atlantic continental margins caught his attention. He put together the evidence of ancient glaciations and the distribution of fossil to formulate a theory that the continents have moved over the surface of the Earth, sometimes forming large supercontinents and other times forming separate continental masses. He proposed that prior to about 200 million years ago all of the continents formed one large land mass that he called Pangea.
地幔的热浮性(thermal buoyancy)。 地幔柱（plume）可以说至今在地学领域还没有精确 的定义，也没有得到广泛的接受，而且在不同学科里所 表示的意义也不尽相同。
地学领域有名的科学假说
地学领域有名的科学假说
地学领域有很多著名的科学假说，其中一些包括：
1.大陆漂移说：这是一种解释地壳运动和海陆分布的科学假说，由德国气象学家和地球物理学家魏格纳提出。
2.星云假说：由德国著名哲学家、自然科学家康德提出的关于太阳系起源的假说。
3.大爆炸学说：最早提出大爆炸理论的是比利时天文学家和宇宙学家勒梅特。
4.板块构造学说：这是一种解释地球岩石圈的运动和变化的学说，由德国地球物理学家魏格纳提出。
5.热力学假说：这是一种关于地球内部热量的来源和传递的假说，它认为地球内部的热量是由地球形成时的余热所提供的。
6.温室效应假说：这是一种解释地球表面温度变化机制的假说，它认为大气中的温室气体能够吸收和重新辐射热量，从而影响地球表面的温度。
这些科学假说都是为了解释自然现象和探索未知领域而提出的，有些已经得到了广泛接受和证实，而有些则需要进一步的研究和验证。
板块构造学说的三大观点
板块构造学说的三大观点
板块构造学说是描述地球内部结构和演化的重要理论。
根据板块构造学说，以下是其三大观点：
1. 板块运动：板块构造学说认为地球的外层被划分为许多大型的板块，这些板块由地壳和上部地幔组成，被认为是地球上最大的动态系统之一。
这些板块可以在地球表面上进行相对运动，分为三种类型：边界相对推动（板块边缘相互拉近或推离）、边界相互滑动或剪切、边界相互碰撞或俯冲。
板块运动是地球上地震、火山爆发和山脉形成等地质现象的重要原因。
2. 海底扩张：板块构造学说认为海洋底部存在一个名为海底扩张带的区域，这是地球地幔中的炽热岩浆上涌至地壳，形成新的海洋地壳的地方。
在海底扩张带上，岩浆通过断裂缝隙喷出，并逐渐冷却形成新的地壳。
这个过程被称为中洋脊，是地球地壳形成的主要机制之一。
3. 构造地貌形成：板块构造学说认为地球上的构造地貌（如山脉、盆地和断层）是板块运动和地壳变形的结果。
当两个板块相互碰撞时会形成山脉，当板块相互分离时会形成裂谷和海洋中脊。
板块运动还会使地壳发生拉伸、挤压和剪切等变形，造成地壳中的断层和台阶。
这些构造地貌的形成对地球的地质历史和地质演化有重要影响，也为地质资源勘探提供了重要线索。
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板块构造学说和地幔柱假说之漫谈
摘要：板块构造学说和地幔柱假说是当今解释地球构造的两大理论。
本文介绍两大学说的产生、主要内容、成功与不足，并对二者进行比较。
二者在许多方面可以互为补充、共存，共同构成了全球构造体系。
关键词：板块构造；地幔柱；全球构造体系。
1.板块构造学说
1915年魏格纳在《大陆与大洋的起源》一书中提出了大陆漂移的概念；20世纪六十年代初，美国地震地质学家迪茨提出了"海底扩张" 的概念；1968年，在大陆漂移学说和海底扩张学说的基础上，法国地质学家勒皮雄与麦肯齐、摩根等人提出板块构造学说。
图1 世界板块分布图
勒皮雄等人认为大洋的发展与大陆的分合是相辅相成的，并将全球地壳分为六大板块，太平洋板块、亚欧板块、非洲板块、美洲板块、印度洋板块（包括澳洲）和南极洲板块（图1）。
六大板块中除太平洋板块几乎全为海洋外，其余五个板块既包括大陆又包括海洋。
此外，在板块中还可以分出若干次一级的小板块，如把美洲大板块分为南、北美洲两个板块，菲律宾、阿拉伯半岛、土耳其等也可作为独立的小板块。
板块之间的边界是大洋中脊或海岭、深海沟、转换断层和地缝合线。
在前寒武纪时，地球上存在一块泛大陆。
以后经过分合过程，到中生代早期，泛大陆再次分裂为南北两大古陆，北为劳亚古陆，南为冈瓦那古陆。
到三迭纪末，这两个古陆进一步分离、漂移，相距越来越远，其间由最初一个狭窄的海峡，逐渐发展成现代的印度洋、大西洋等巨大的海洋。
到新生代，由于印度已北漂到亚欧大陆的南缘，两者发生碰撞，青藏高原隆起，形成巨大的喜马拉雅山系，古地中海东部完全消失；非洲继续向北推进，古地中海西部逐渐缩小到的规模；欧洲南部被挤压成阿尔卑斯山系，南、北美洲在向西漂移过程中，它们的前缘受到太平洋地壳的挤压，隆起为科迪勒拉—安第斯山系，同时两个美洲在巴拿马地峡处复又相接；澳大利亚大陆脱离南极洲，向东北漂移到的位置。
于是海陆的基本轮廓形成。
板块构造学说成功解释了许多地理现象，使它成为近代最盛行的全球构造理论。
如红海面积的变化（亚欧板块与非洲板块张裂，红海面积扩大）；喜马拉雅山的形成（亚欧板块与印度板块相撞，喜马拉雅山脉高高隆起）；日本群岛的形成（太平洋板块与亚欧板块相撞）；
非洲与南美洲发现相同的古生物化石及现代生物的亲缘问题（非洲板块和南美洲板块分离）等等。
在找矿与勘探、地震预报、古地理环境、古生物和现代生物的分布等方面也获得比较成功的说明。
板块学说，作为新的地球观正在有力地推动着地球科学研究的迅速发展。
它标志着近代地球科学史上的首次重大突破。
但古生代前的海洋大陆是怎样形成的，板块的运动靠的是什么动力，大西洋海底岩床大西洋海底岩床，岩石圈的垂直运动这些问题，板块构造学说无法解释，仍存在一定的不足。
2.地幔柱假说
1963年，加拿大Wilson首次注意到太平洋夏威夷—天皇火山岛链玄武岩喷出年龄的变化规律，提出了热点假说来解释其成因。
1971年，Morgan首次提出热幔柱的概念，并推测全球存在20多个热幔柱。
后来Deffeys认为热幔柱是下地幔上涌形成的，Parmentier认为热幔柱产生于上地幔，而Anderson认为热幔柱与其说是热柱，不如说是一种化学柱。
1982年，Olson与Yuen认为热幔柱既是一种热柱又是一种化学柱，并称之为地幔热化学柱。
这种热化学柱能够穿过地幔不同的相转变界面而达到地表，形成热点火山链和大陆溢流玄武岩。
近年一些日本学者认为地幔柱构造，是地幔中受几个大的、垂直的地幔柱流控制的动力学区域。
这几个地幔柱就是南太平洋和非洲地区存在的两个巨大低波异速常带，对应着两个热地幔柱；在中亚和东亚地区下部的外核上面存在的高速波异常，对应着一个冷地幔柱(图2)。
图2
热地幔柱是由地幔热物质构成的上升地幔柱。
有D”层(下地幔底部的热边界层)和400km 深度的上地幔两个来源。
而来源于D”层，直径达5000km的热地幔柱，目前全球只有位于南太平洋和非洲下面的两个。
南太平洋热地幔柱，呈蘑菇状坐落在下地幔的D”层，在2000km 深度处呈圆柱状，最小横直径约为1500km,到670km的深度变为SN向延伸的椭圆形伞面状，并在上地幔中分成几个二级地幔柱，这些二级地幔柱在刚性板块中分成几个三级地幔柱，把
玄武岩熔体搬运至地表。
其中一个三级地幔柱向北延伸，并与夏威夷热点相连，向南延伸的分支通过路易斯维尔海岭与南极洲埃里伯斯海山的热点相连。
非洲热地幔柱是导致200Ma 前非洲大陆从冈瓦纳大陆裂解出来的热地幔柱，它与其它几个热地幔柱共同组成中央泛大陆热地幔柱链。
大西洋的形成和这个热地幔柱有关，而大西洋中脊也可能由其中的某个热地幔柱产生。
冷地幔柱是由滞留在上、下地幔界面附近的版片构成的下降地幔柱，是以巨石状下落的物质移动。
板块在大洋中脊产生，在海沟处插入地幔深部。
俯冲板块插到670km的深度时，由于收到下地幔粘度增加和相变吸热等因素的影响会产生强大的组里，使板块近似水平地暂时滞留在670km深的不连续面上。
滞留的板块随时间生长，最终塌落在地核表面上，形成冷地幔柱。
热地幔柱、冷地幔柱的对流，是地球内部热传导的主要形式，并且可能贯穿于地球的整个演化过程。
热地幔柱和冷地幔柱之间的相互制约与转化，决定冷引张和挤压两大构造动力的相互制约与转化，呈现出热点、大陆裂谷、大洋扩张等引张构造与俯冲、碰撞、造山等挤压构造的演化和复合叠加。
该理论成功解释了大陆溢流玄武岩成因、太古宙科马提岩成因、地磁极性变化、生物群体绝灭原因、全球气候变化和海平面上升等问题,但典型的地幔柱模型不被地幔的物理特性支持,如今的地幔柱假说又过于宽泛。
3.二者的区别和联系
多数学者认为，板块构造支配的领域仅限于地球外面的刚性岩石圈，而在板块的下方，绝大部分领域受地幔柱所支配。
地幔柱构造和板块构造是地幔内部两种不同形式物质对流的反映，板块构造受地幔内部物质球状对流所支配，而地幔柱构造是受穿过整个地幔柱的四分之三以上范围。
因此，与板块构造相比，地幔柱构造在地球形成和演化过程中具有更广泛的支配领域和更重要的地质意义。
丸山茂德等日本学者根据地层（P波）层析成像技术得到的全地幔内部结构和对板块下插历史追踪的研究结果，认为地幔柱和板块并非相互独立，二者构成一个统一的构造体系——全球构造体系。
参考文献：
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流云思尘
完成于2012年12月25日。