亏损地幔底部边界对地幔柱行为的影响

   近日，国际地学期刊《Earth and Planetary Science Letters》出版了中国地质大学（武汉）Timothy Kusky教授团队关于深部地幔柱在地球深部大约1000公里深度不同行为成因的研究成果：“Density and viscosity changes between depleted and primordial mantle at ~1000 km depth influence plume upwelling behavior”，论文第一作者为中国地质大学（武汉）地球科学学院硕士生项观杰，通讯作者为地质过程与矿产资源国家重点实验室副研究员王振胜。深部地幔柱在1000公里存在垂向穿透、变细和侧向扩展等不同行为，且成因未知。

为此，该研究团队通过地球动力学数值模拟，分析了地幔潜在的粘度分层与密度分层对地幔柱不同行为的影响，发现地幔柱的变细行为主要受粘度分层控制，而侧向扩展主要受密度分层控制。进而认为地球地幔在约1000千米深度可能存在区域性的粘度和/或密度分层现象。通过论证，该研究团队认为导致密度分层的可能原因为地球亏损地幔与早期地幔之间在约1000千米深度存在垂向界限，该界限在全幔对流作用下呈现区域性过渡或起伏以及继发的粘度分层，进而使得地幔柱呈现不同行为。在界限明确区，地幔垂向密度差异较大，地幔柱侧向扩展；在界限渐变区或者隆起区，密度差异较小，地幔柱可穿透到上地幔；在粘度差异区，地幔柱变细。

该研究数值模拟工作在中国地质大学（武汉）固地1号高性能计算集群上完成。该工作受国家自然科学基金（41802217，41572203，91755213，40821061）和地质过程与矿产资源国家重点实验室科技部专项经费（MSFGPMR20，MSFGPMR02-3）的联合资助。

  论文发表在：Xiang, G., Z. Wang* and T.M. Kusky, Density and viscosity changes between depleted and primordial mantle at ∼1000 km depth influence plume upwelling behavior. Earth and Planetary Science Letters, 2021. 576: 117213. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2021.117213