跳到主要内容

感谢您访问nature.com。您使用的是对CSS支持有限的浏览器版本。为了获得最好的体验,我们建议您使用最新的浏览器(或关闭Internet Explorer的兼容性模式)。同时,为了确保持续的支持,我们将在没有样式和JavaScript的情况下显示站点。

构造板块下部分熔融的地震证据

一个出版商校正本文发表于2021年1月19日

本文已被更新

摘要

上地幔的地震低速带(LVZ)通常与低粘度软流圈有关,软流圈在使构造板块与地幔分离方面起着关键作用1.然而,LVZ的起源仍然不清楚。一些研究将其低地震速度归因于地幔中少量矿物的部分熔融23.,而另一些人则把它们归因于固体附近的固态机制456或其挥发性成分的影响6.剪切衰减的观测结果为LVZ的起源提供了额外的约束条件7.在对三维剪切衰减和速度模型进行解释的基础上,本文报道了在LVZ内发生的部分熔融现象。我们观察到,部分融化在大洋中脊、主要热点和弧后地区的150-200公里以下,为软流圈提供了营养。一小部分熔体(不到0.30%)仍然被困在海洋LVZ中。在大陆地区,大部分都没有融化。融化量随着板块速度的增加而增加,在板块速度在每年3厘米到5厘米之间大幅度增加。这一发现与之前对构造板块下地幔晶体排列的观察相一致8.我们的观察表明,通过降低粘度9熔体促进软流圈中的板块运动和大规模晶体排列。

这是订阅内容的预览,通过你所在的机构访问

访问选项

买条

在ReadCube上获得时间限制或全文访问。

32.00美元

所有价格均为净价格。

图1:上地幔剪切速度和衰减。
图2:与理论预测相比,观察到的剪切衰减是剪切速度的函数。
图3:上地幔不同深度熔体含量。
图4:不同深度的熔体分数随绝对板速的函数关系。

数据可用性

在本研究期间生成的数据集(三维V年代而且年代模型和熔体馏分模型)可作为IRIS数据产品在https://doi.org/10.17611/dp/emc.2020.dbrdnature.1源数据提供了这篇论文。

代码的可用性

与本文相关的数值模拟代码可从https://doi.org/10.17611/dp/emc.2020.dbrdnature.1.大多数数字是使用开放软件(GMT 4.5.13)创建的。

改变历史

  • 2021年1月19日

    本文的更正已发布:https://doi.org/10.1038/s41586-020-03103-9

参考文献

  1. 李嘉德,杜格里奥尼,C.和萨巴迪尼,R.岩石圈和地幔之间的微分旋转:地幔横向粘度变化的结果。j .地球物理学。Res96, 8407-8415(1991)。

    广告谷歌学者

  2. 川松,H.等。海洋板块岩石圈-软流圈边界清晰的地震证据。科学324, 499-502(2009)。

    广告中科院PubMed谷歌学者

  3. 尚特尔,J.等。实验证据支持软流圈中地幔的部分熔融。科学。阿德2, e1600246(2016)。

    广告PubMed公共医学中心谷歌学者

  4. 部分熔融对地震速度和衰减的影响:实验新发现。为基础。地球行星。Sci45, 447-470(2017)。

    广告中科院谷歌学者

  5. 上地幔温度和晶粒尺寸变化的地震特征。地球的星球。科学。列托语234, 119-134(2005)。

    广告中科院谷歌学者

  6. Karato siv。软流圈的起源。地球的星球。科学。列托语321- - - - - -322, 95-103(2012)。

    广告谷歌学者

  7. Cobden, L., Trampert, J. & Fichtner, A.从地震横波层析成像研究上地幔熔融、流变学和弹性行为。Geochem。地球物理学。Geosyst19, 3892-3916(2018)。

    PubMed公共医学中心谷歌学者

  8. 德拜勒,E. & Ricard, Y.快速移动板块底部大尺度变形的地震观测。地球的星球。科学。列托语376, 165-177(2013)。

    广告中科院谷歌学者

  9. 关于软流圈中非常小的熔体部分的存在、持久性和力学效应的问题。Geochem。地球物理学。Geosyst17, 470-484(2016)。

    广告谷歌学者

  10. 克莱因,C. J.,福尔,U. H.,大卫,E. C.,贝瑞,A. J. &杰克逊,I.受氧化还原作用影响的上地幔橄榄石地震性质。自然555, 355-358(2018)。

    广告谷歌学者

  11. Deschamps, F., Konishi, K., Fuji, N. & Cobden, L.地震波形反演西太平洋和北太平洋的径向热化学结构。地球的星球。科学。列托语520, 153-163(2019)。

    广告中科院谷歌学者

  12. Shito, A, Karato, s -i。,Matsukage, K. N. & Nishihara, Y. in地球的深水循环(eds Jacobsen, S. D. & Van Der Lee, S.) 255-236 (AGU, 2006)。

  13. 杰克逊,菲兹·杰拉德,j.d.,福尔,吴华,谭柏华。多晶橄榄石中粒度敏感地震波衰减。j .地球物理学。固体地球107, 2360(2002)。

    广告谷歌学者

  14. 罗曼诺维奇,B. A. &米切尔,B. J.在地球物理学专著第二版(编者:舒伯特,G.) 789-827(爱思唯尔,2015)。

  15. 道尔顿,C. A., Ekström, G. & Dziewonski, A. M.全球地震剪切速度和衰减:与实验观测的比较。地球的星球。科学。列托语284, 65-75(2009)。

    广告中科院谷歌学者

  16. 徐,W。Lithgow-Bertelloni C, Stixrude l . & Ritsema j .散装地幔组成和温度对地震的影响结构。地球的星球。科学。列托语275, 70-79(2008)。

    广告中科院谷歌学者

  17. 哈蒙德,W. C. &汉弗莱斯,E. D.上地幔地震波速度:现实部分熔融几何的影响。j .地球物理学。固体地球105, 10975-10986(2000)。

    谷歌学者

  18. Bruneton等人。来自表面波和捕虏体分析的波罗的海盾牌中部的层状岩石圈地幔。地球的星球。科学。列托语226, 41-52(2004)。

    广告中科院谷歌学者

  19. 林,P. Y. P.等。海洋软流圈流动动力学的高分辨率地震约束。自然535, 538-541(2016)。

    广告中科院PubMed谷歌学者

  20. 杨毅,傅希思,D. W.和Weeraratne, D. S.东太平洋隆起附近的地震衰减和低速带的起源。地球的星球。科学。列托语258, 260-268(2007)。

    广告中科院谷歌学者

  21. 地幔柱中的水和部分熔融:从溶解的H2夏威夷玄武岩岩浆浓度为0。地球物理学。卷25, 3639-3642(1998)。

    广告中科院谷歌学者

  22. 谢明斯基,A.德拜勒,E. & Lévêque, J.-J.;南极洲西部过渡带深部低速异常的地震证据。地球的星球。科学。列托语216, 645-661(2003)。

    广告中科院谷歌学者

  23. 柯凯,康斯特布尔,刘,李,波米耶。北东太平洋隆起下被动地幔上升流的电子图像。自然495, 499-502(2013)。

    广告中科院PubMed谷歌学者

  24. 海中脊下的熔体滞留和分离。自然410, 920-923(2001)。

    广告中科院PubMed谷歌学者

  25. Selway, K. & O 'Donnell, J. P.一个小的,不可萃取的熔体分数是造成低速区的原因。地球的星球。科学。列托语517, 117-124(2019)。

    广告中科院谷歌学者

  26. 李志强,李志强,李志强,等。岩浆运移与储藏过程中晶界的作用。地球的星球。科学。列托语248, 735-749(2006)。

    广告中科院谷歌学者

  27. Ni, H., Keppler, H. & Behrens, H.含水玄武岩熔体的电导率:对上地幔部分熔融的影响。普通发布版。矿物。汽油162637-650(2011)。

    广告中科院谷歌学者

  28. Chang S.-J。李国强,李国强,李国强,李国强。含地壳厚度扰动的地幔各向异性结构联合反演。j .地球物理学。固体地球120, 4278-4300(2015)。

    广告谷歌学者

  29. DeMets, C., Gordon, R. G., Argus, d.f. & Stein, S.最近修订的地磁反转时间尺度对当前板块运动估计的影响。地球物理学。卷21, 2191-2194(1994)。

    广告谷歌学者

  30. 上地幔衰减层析成像。地球物理学。卷44, 7715-7724(2017)。

    广告谷歌学者

  31. Debayle, E. & Ricard, Y.从基本和高瑞利模式测量上地幔的全球剪切速度模型。j .地球物理学。固体地球117, b10308(2012)。

    广告谷歌学者

  32. Adenis, A., Debayle, E. & Ricard, Y.太平洋下软流圈广泛衰减异常的地震证据。地球物理学。j . Int209, 1677-1698(2017)。

    广告谷歌学者

  33. 地幔固体:实验约束和橄榄岩组成的影响。Geochem。地球物理学。Geosyst1, 1042(2000)。

    广告谷歌学者

  34. 用线性规划计算相平衡:地球动力学建模的工具及其在俯冲带脱碳中的应用。地球的星球。科学。列托语236, 524-541(2005)。

    广告中科院谷歌学者

  35. 非弹性在地震层析成像解释中的重要性。地球物理学。卷20., 1623-1626(1993)。

    广告谷歌学者

  36. 使用Backus-Gilbert反演的全球地震层析成像。地球物理学。j . Int207, 876-888(2016)。

    广告谷歌学者

  37. Resovsky, J., Trampert, J. & der Hilst, r.d.全球地震Q剖面的误差条。地球的星球。科学。列托语230, 413-423(2005)。

    广告中科院谷歌学者

  38. French, S., Lekic, V. & Romanowicz, B.波形断层扫描显示海洋软流圈底部的通道流。科学342, 227-230(2013)。

    广告中科院PubMed谷歌学者

  39. 郭志刚,郭志刚,郭志刚。地幔各向异性剪切波速度结构的全球模型。j .地球物理学。固体地球113, b06306(2008)。

    广告谷歌学者

  40. 李志刚,李志刚,李志刚,李志刚。中国大陆岩石圈中部断裂的地质意义。Nat。Geosci8, 509-514(2015)。

    广告中科院谷歌学者

  41. 晶界滑动对多晶体非弹性的影响。Int。J.固体结构16, 825-845(1980)。

    数学谷歌学者

  42. 赫斯曼,M. M. & Stolper, E. M.石榴石辉石岩在MORB“石榴石特征”起源中的可能作用。普通发布版。矿物。汽油124, 185-208(1996)。

    广告中科院谷歌学者

  43. lamart, S., Laporte, D. & Schiano, P.辉石岩在海洋玄武岩中主要元素组成贡献的标记:实验约束回顾。Lithos160- - - - - -161, 14-36(2013)。

    广告谷歌学者

  44. 斯提克斯罗德,L. & Lithgow-Bertelloni, C.海洋上地幔的矿物学和弹性:低速带的起源。j .地球物理学。固体地球110, b03204(2005)。

    广告谷歌学者

  45. 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。列托语282, 178-189(2009)。

    广告中科院谷歌学者

  46. 赫希曼,m。水,融化,和地球深处H2O周期。为基础。地球行星。Sci34, 629-653(2006)。

    广告中科院谷歌学者

  47. 福尔,菲兹杰拉德,J. D. &杰克逊,I.横波衰减和弥散在熔融橄榄多晶体:2。微观结构解释和地震意义。j .地球物理学。固体地球109, b06202(2004)。

    广告谷歌学者

  48. 艾隆,Z. C. & Abers, G. a .洋中脊的高地震衰减揭示了深层熔体的分布。科学。阿德3., e1602829(2017)。

    广告PubMed公共医学中心谷歌学者

  49. Abers, G. A.等。从地震学、岩石学和实验室测量中调和地幔衰减-温度关系。Geochem。地球物理学。Geosyst15, 3521-3542(2014)。

    广告谷歌学者

  50. Dunn, R. A. & Forsyth, D. W.用短周期Love波成像南东太平洋隆起下地幔熔融生成区域和地壳岩浆房之间的过渡。j .地球物理学。固体地球108, 2352(2003)。

    广告谷歌学者

  51. 哈蒙德,W. C. &汉弗莱斯,E. D.上地幔地震波衰减:实际部分熔体分布的影响。j .地球物理学。固体地球105, 10987-10999(2000)。

    谷歌学者

  52. 特科特,D. L.舒伯特,G。地球动力学:连续介质物理在地质问题中的应用第四章(John Wiley & Sons, 1982)。

  53. 斯坦因,C. A. &斯坦因,S.海洋深度和热流随岩石圈年龄的全球变化模型。自然359, 123-129(1992)。

    广告谷歌学者

  54. Katsura, T.等。地幔的绝热温度剖面。理论物理。地球的星球。国际米兰183, 212-218(2010)。

    广告中科院谷歌学者

  55. Curbelo, J.等。具有无限普朗特数的可压缩对流的数值解:非弹性和非弹性液体模型与精确方程的比较。J.流体机械873, 646-687(2019)。

    广告MathSciNet中科院数学谷歌学者

  56. Pommier, A. & Garnero, E. J.基于岩石学的地幔熔体导电性建模和电磁和地震结果的联合解释。j .地球物理学。固体地球119, 4001-4016(2014)。

    广告谷歌学者

  57. Freitas, D., Manthilake, G., Chantel, J., Bouhifd, M. A. & Andrault, D.部分熔融地质材料电导率和地震波速度的同时测量:熔融结构演变的影响。理论物理。化学。矿业公司46, 535-551(2019)。

    广告中科院谷歌学者

下载参考

确认

我们感谢Iris和Geoscope数据中心提供的地震数据。我们感谢J. P. Perrillat和M. Behn就矿物学和衰减模型进行的讨论,以及F. Dubuffet准备作为IRIS数据产品共享的数据。欧盟地平线2020研究和创新计划根据拨款协议716542为T.B.提供资金。里昂大学的LABEX里昂起源研究所(LIO, ANR-10-LABX-0066)资助了一个由ENSL托管和维护的beowulf集群,并用于本研究。世界地图数字是使用开放软件GMT 4.5.13创建的。

作者信息

作者及隶属关系

作者

贡献

E.D.和T.B.提出了本文的概念。E.D.编写了解释地震模型的代码,并起草了手稿。e。d。写了断层扫描的代码V年代;y。r。改编了这个代码年代.T.B.对人物的设计和手稿的撰写做出了贡献。Y.R.开发了解释地震模型的初步代码,对所有矿物学方面做出了贡献,并撰写了手稿。S.D.实现了对作文效果的测试,并为修改稿件的撰写做出了贡献。

相应的作者

对应到Eric Debayle

道德声明

相互竞争的利益

作者声明没有利益竞争。

额外的信息

出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。

补充信息

补充信息

该文件包含1个表(Eq. A.1的参考参数)和19个图。图S1-12测试了对径向各向异性、EAGBS、成分或非弹性模型的敏感性。图S14和S19描述了预测温度。其他图说明了改变灵敏度对熔体含量、剪切模量或晶粒尺寸的影响。

源数据

权利和权限

转载及权限

关于本文

通过CrossMark验证货币和真实性

引用本文

德拜尔,E.,博丹,T.,杜兰德,S.。et al。构造板块下部分熔融的地震证据。自然586, 555-559(2020)。https://doi.org/10.1038/s41586-020-2809-4

下载引用

  • 收到了

  • 接受

  • 发表

  • 发行日期

  • DOIhttps://doi.org/10.1038/s41586-020-2809-4

这篇文章被引用

评论

通过提交评论,您同意遵守我们的条款而且社区指导原则.如果您发现一些滥用或不符合我们的条款或指导方针,请标记为不适当。

搜索

快速链接

自然简报

报名参加自然简报时事通讯-什么重要的科学,免费到您的收件箱每天。

获取当天最重要的科学故事,免费在您的收件箱。 注册《自然简报》
Baidu
map