摘要
黏度的显著各向异性在地幔中发展，因为变形强烈地对准了组成岩石的单个颗粒的晶体轴。在地球动力学模拟的基础上，受粘性各向异性影响较大的过程包括冰后回弹1，2，岩石圈的沉没3.以及俯冲带上方的熔体生产4．然而，根据单晶变形实验的结果，对粘滞各向异性的大小进行了估计5与具有强晶体排列的变形集料的晶粒尺度数值模型得到的结果有三个数量级的差异6，7，8．更复杂的是，最近的实验表明，上地幔的变形主要是由位错调节的晶界滑动控制的9这种机制在单晶实验中没有被激活，也不包括在数值模型中。在这里，使用高度变形的多晶橄榄石的粘性各向异性的直接测量，我们证明了粘度的显著方向依赖性。具体而言，在高应变扭转实验中测量的剪切粘度比随后平行于扭转轴进行的拉伸试验中测量的正常粘度小15倍。这种各向异性大约比用粒度模拟预测的各向异性大一个数量级。这些结果表明，位错调节晶界滑动使岩石黏度具有明显的各向异性。我们提出晶体排列赋予粘性各向异性，因为变形速率受位错通过晶体排列晶粒内部运动的限制。各向异性的最大程度是在低地质剪切应变(约为10)时达到的，因此上地幔的变形区域将表现出显著的粘性各向异性。
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参考文献
各向异性黏度的一些地球动力学效应。地球物理学。j·r·阿斯特伦。Soc。91， 711-736 (1987)
韩德华，李志强，李志强。地幔黏度的各向异性及其对冰后回弹的影响。理论物理。地球的星球。国际米兰。102， 33-50 (1997)
莱夫，E. & Hager, B. H. Rayleigh-Taylor不稳定性与各向异性岩石圈粘度。地球物理学。j . Int。173， 806-814 (2008)
吕，E. & Hager, B. H.各向异性粘度改变俯冲带热结构。地球物理学。Geochem。Geosyst。12， q04009 (2011)
达勒姆，W. B. &。有取向的橄榄石单晶的塑性流动机械数据。j .地球物理学。Res。82， 5737-5753 (1977)
Castelnau, O.， Blackman, d.k.， Lebensohn, R. & Castañeda, P. P.橄榄石粘塑性行为的微力学建模。j .地球物理学。Res。．113B09202,http://dx.doi.org/10.1029/2007JB005444(2008)
Knoll, M.， Tommasi, A.， Logé， R. E. & Signorelli, J. W.岩石圈板块各向异性变形模型的多尺度方法。Geochem。地球物理学。Geosyst。10， q08009 (2009)
Tommasi, A.等人。橄榄石晶体各向异性控制的板块构造中的结构再活化。Geosci性质。2， 423-427 (2009)
汉森，L. N.，齐默尔曼，M. E. & Kohlstedt, D. L.微观结构对橄榄石晶界滑动变形的影响。j .地球物理学。Res。．117B09201,http://dx.doi.org/10.1029/2012JB009305(2012)
细密分层软流圈中的强各向异性流动。地球物理学。卷。13， 1454-1457 (1986)
Vauchez, A.， Tommasi, A. & Barruol, G.大陆岩石圈的流变非均质性，力学各向异性和变形。构造物理学296， 61-86 (1998)
Tommasi, A.， Mainprice, D.， Canova, G. & Chastel, Y.橄榄石晶格偏好取向的粘塑性自洽和平衡建模:对上地幔地震各向异性的影响。j .地球物理学。Res。105， 7893-7908 (2000)
Castelnau, O.， Blackman, D. K. & Becker, T. W.复杂地幔流动区域中纹理发展和相关流变各向异性的数值模拟。地球物理学。卷。．36L12304,http://dx.doi.org/10.1029/2009GL038027(2009)
汉森，L. N.，齐默曼，M. E. & Kohlstedt, D. L.圣卡洛斯橄榄石的晶界滑动:流动定律参数和晶体学偏好取向。j .地球物理学。Res。．116B08201,http://dx.doi.org/10.1029/2011JB008220(2011)
张，S. & Karato, S.橄榄石团聚体在简单剪切变形的晶格偏好取向。自然375， 774-777 (1995)
毕思奇，M.，昆泽，K.， Burlini, L. & Burg, J. P.橄榄石团聚体的高剪切应变;流变学和地震后果。科学290， 1564-1567 (2000)
Paterson, M. S. & Olgaard, D. L.岩石变形试验大剪切应变扭转。j . Struct。青烟。22， 1341-1358 (2000)
张珊珊，周勇，周永华，周永华，周永华。橄榄石团聚体的简单剪切变形。构造物理学316， 133-152 (2000)
Karato, S. Jung, H.， Katayama, I. & Skemer, P.上地幔地震各向异性的地球动力学意义:来自实验室研究的新见解。为基础。地球行星。科学。36， 59-95 (2008)
Skemer, P.， Katayama, I.， Jiang Z. & Karato, S.错向指数:一种计算晶格偏好取向强度的新方法的发展。构造物理学411， 157-167 (2005)
劳诺，P. & Cruden, a . R.正长岩中的岩浆组构获取机制;磁化率各向异性与图像分析结合研究结果。j .地球物理学。Res。103， 5067-5089 (1998)
李志强，李志强，李志强，等。Al-Cu-Zr超塑性合金的力学各向异性及变形机理。《金属。27， 1313-1318 (1979)
Barnett, m.r.， Ghaderi, A.， Sabirov, I. & Hutchinson, B.晶界滑移在镁合金各向异性中的作用。可控硅。板牙。61， 277-280 (2009)
Platt, J. P. & Behr, W. M.韧性剪切带中的粒度演化:应变局部化和岩石圈强度的含义。j . Struct。青烟。33， 537-550 (2011)
钟国强，李国强。基于简单板块剪切模型的大洋上地幔各向异性和流变结构。地球物理学。j . Int。158， 287-296 (2004)
李志强，李志强，李志强，等。地壳粒度演化对大洋上地幔地震结构的影响。地球的星球。科学。列托人。282， 178-189 (2009)
Cordier, P.， Amodeo, J. & Carrez, P. MgO在地幔压力、温度和应变速率下的流变学建模。自然481， 177-180 (2012)
贝克尔，T. W. &川松，H.各向异性粘度对板尺度流动的作用。地球物理学。卷。．38L17307,http://dx.doi.org/10.1029/2011GL048584(2011)
李志强，陈志强，李志强。中国上地幔橄榄岩滑动系统的活动。理论物理。地球的星球。国际米兰。200 - 201， 105-112 (2012)
帕特森，理学硕士岩石的脆性延性转变(杜巴A. G.、杜伦W. B.、韩丁J. W.、王海峰编)187 - 194(地球物理学。Monogr。爵士。第56卷，美国地球物理联合会，1990)
确认
这项工作得到了美国国家科学基金会拨款EAR1214876的支持。这项工作的一部分是在明尼苏达大学技术表征设施研究所进行的，该研究所通过NNIN计划获得了NSF的部分支持。我们感谢T. Becker, B. Holtzman和A. Tommasi的讨论。
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贡献
所有作者都讨论了实验设计。L.N.H.进行了样品制备、变形实验、微观结构和力学分析。m.e.z协助样品制备和变形实验。L.N.H.写了手稿的初稿。所有作者讨论了结果并对手稿进行了评论。
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作者声明没有相互竞争的经济利益。
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Hansen, L.， Zimmerman, M. & Kohlstedt, D.橄榄石聚集体粘性各向异性的实验室测量。自然492， 415-418(2012)。https://doi.org/10.1038/nature11671
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DOI：https://doi.org/10.1038/nature11671
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