地球內部究竟有多熱？科學家發現地幔溫度要比預計的高很多！

07-11

地球的內部究竟有多熱？地心的溫度可能高達5500攝氏度，而一項新的研究發現，地幔的溫度高達1410攝氏度。

這項發現揭示了地球海洋之下的地幔——地殼下方延伸到地球內部液體核心的區域，厚約2865公里——比科學家先前認為的要高110攝氏度。這項發現將幫助科學家更準確地模擬地球的許多地球動力學過程，包括板塊構造。

來自麻省理工學院的科學家Emily Sarafian表示，有這樣一個熾熱的地幔可意味著地幔粘性較低（更容易流動），這可以解釋地殼構造板塊如何能在上層的軟流圈中流動。

溫度對軟流圈的影響有點類似於熱溫度對蜂蜜的影響。如果把蜂蜜放在冰箱里一個小時，拿出來之後它將變得無法流動。而如果把蜂蜜放在爐子上加熱，它會很容易流動，因為它更熱。

神秘的地幔

有許多線索表明，地球海洋下的地幔非常熾熱。例如，它會產生從水下火山噴發出的岩漿。然而，由於顯而易見的原因，科學家不能到達地幔，並直接測量它熔化的溫度。

相反，科學家通過結合各種礦物組成的粉末，在實驗室中製造出地幔岩石。然後，科學家把這種人造地幔岩石置於地幔壓力和溫度的環境中，以確定這種岩石在給定壓力下的熔化溫度。通過在間隔很小的時間和不同的壓力下來逐漸升高溫度，科學家可以準確地注意到它們的合成地幔岩石是否熔化——這就是被稱為地幔固相線的條件，是地幔岩石開始熔化的溫度。

但這個實驗有一個主要問題：水。

地幔岩含有少量的水，但確保這些實驗室樣品中的水量正確，這是非常具有挑戰性的。此外，大氣中含有水，所以在實驗過程中吸附了一些未知量的水，它們不是完全乾燥的。

科學家意識到這個問題，但他們從來沒能夠量化實驗中有多少水，因為在實驗運行期間，在地幔壓力和溫度下生長的礦物顆粒太小，無法用當前的分析技術測量。

可以理解，科學家需要在這些實驗中考慮水，因為岩石中的水會降低岩石的熔化溫度。在過去，研究人員選擇在乾燥的合成岩石上做這個實驗，然後通過數學方式把水加入方程。

然而，這項新研究發現，由於大氣中的水，這些「乾燥」實驗實際上並不幹燥。相反，它們包含與在地幔中大致相同量的水。因此，通過數學上添加水來校正結果是不必要的，反而會使結果不準確。

橄欖石來拯救

一種稱為橄欖石的礦物能幫助Sarafian和她的同事，以另一種方式來解決這個難題。橄欖石顆粒大約為細砂的大小，並且足夠大，能讓研究人員可以準確地測量顆粒內的水分。此外，橄欖石是一個很好的候選者，因為它在地幔中天然存在。

Sarafian說道：「我們以相同的方式進行了先前科學家所做的熔化實驗，把合成岩石置於高壓和高溫下，但是通過將這些顆粒添加到我們的實驗中，我們就有一個足夠大的目標來分析含水量。」

結果發現，樣品最終具有與地幔相同量的水。這意味著科學家不必使用任何方程來修正他們的數據。

這項發表於《科學》（Science）雜誌的新研究表明，當地幔相對接近地球表面時，地幔將會熔化。這意味著目前對地幔溫度的估計偏低了，實際上，地幔要比先前預計的更熱60攝氏度，這是一個非常大的跳躍！