关于“熔岩回流理论”的相关讨论

关于“熔岩回流理论”的相关讨论

“熔岩回流理论”是一个涉及地球内部结构和动力学过程的科学理论。本文将从地球的内部结构出发，探讨地幔流动的驱动力、海沟形成的原因以及地幔流动与磁场和地震的关系。

地球的主要构成

地球主要由地壳、地幔和地核组成。地幔岩石主要由橄榄石和辉石组成，在人类时间尺度观察下（100～years），它们主要是固体，在一定的温度条件下可以变成岩浆喷发。

熔岩的定义

在讨论“熔岩回流理论”之前，我们需要明确“熔岩”的定义。在绝大部分情况下，熔岩就是岩浆。但如果说视频中的熔岩就是岩浆的话，那么就没必要继续讨论下去了，因为一定是错的。

地幔流动的驱动力

视频中提到的驱动力是科氏力，但其实，科氏力和地幔对流的驱动力（如浮力）的量级存在差异。科氏力主要影响地球表面的流体运动，如大气和海洋流动，其影响在这些环境中相对较大。而地幔对流的主要驱动力是由温度和密度差异导致的浮力，这种力在地幔的深部环境中更为显著。

科氏力的计算公式如下：

其中m 是物体的质量，⃗v 是物体的速度向量，⃗Ω 是地球的角速度向量。对于地幔中的物质，由于其移动速度非常缓慢（通常为几厘米/年）。

经过这个公式我们可以很轻松的算出科氏力的量级：在赤道，科氏力为零，而在极点，其值最大。即使在极点，对于速度为10 cm/year的物体，科氏力也非常小，其量级约为 6.34×10e−13 N（对于1 kg的物体）。

地幔对流的驱动力主要来自于浮力差，这些浮力差由温度和密度的差异引起。地幔物质的这种浮力可以通过布辽诺斯克数（Rayleigh number, Ra）来量化，这是一个无量纲数，用来描述流体对流的趋势。那么这个数的量级一般为多少呢？为10的五次方到七次方这个量级。（from Mathematical modelling of mantle convection at a high Rayleigh number with variable viscosity and viscous dissipation）

其实一个无量纲数与科氏力的对比并不严谨，但你们可以根据这个论文看到正在发生流动的地幔所受的力有多大。

也就是说视频中的驱动力基本就是错的,经过定量运算，科氏力力的大小并不能使地幔流动。

地幔流动和海沟形成的关系

海沟形成的原因是什么？海沟的形成主要是由板块构造运动中的俯冲作用引起的，这是地球板块动力学的一个核心过程。在这一过程中，一个海洋板块遇到另一个大陆板块或海洋板块时，由于密度较大，海洋板块会下沉并在较轻的板块下方俯冲，形成海沟。这些海沟通常出现在板块边界的汇聚区域，即两个板块相互靠近并相互作用的地方。

俯冲作用不仅导致海沟的形成，还引发了一系列其他地质活动，包括山脉的形成、地震和火山活动。随着海洋板块的俯冲，板块边缘的岩石会因高温高压而部分熔化，形成岩浆。这些岩浆由于密度较低，会上升并穿过地壳，可能在海沟附近的地表形成火山弧。（from Trench topography in subduction zones: A reflection of the plate decoupling depth）

那么这是俯冲作用形成的海沟，地幔回流会导致海沟形成吗？

以下给不愿意看上述论文的b友一个简略的解释：

可以想象这么一个过程，你在一个盆放几个木板，然后你搅动盆中的水，你能够发现因为水的变化而在盆中“裂开”一个海沟吗？

在现实生活中水就对应着地幔，木板对应着板块（岩石圈），要形成类似海沟的缺口，必定要是性质不同的物质的作用，性质相同的物体回流并不会形成海沟。

再者我们可以通过地震层析成像看到海沟下面只有俯冲的板块，并不一定有地幔的回流：（原理解释起来很复杂，有兴趣的同学可以自己去了解）（from Local earthquake seismic tomography of the Southernmost Mariana subduction zone）

其他值得关注的问题

• 地幔流动摩擦能够产生磁场吗？

依旧是那个问题，量级不对，如果通过定量分析，我们可以的出摩擦确实可以产生一些的电荷，但是进一步产生能影响整个地球的磁场，只能说不可能，并且地幔流动方向不一，如何产生如此规律的笼罩整个地球的巨大磁场呢？

• 地幔对流能产生地震吗？

不能直接产生，因为要应变累积才能产生地震，而地幔是不够刚性的，只有岩石圈足够冷足够硬。