為什麼軟流圈是”軟”的?

Sciscape新聞報導
[Feb 26, 2007]
地球科學：為什麼軟流圈是”軟”的? 編輯 JR 報導
科學家認為：軟流圈的強度減弱來自於水在地函的組成礦物之ㄧ斜方輝石中的溶解度突然降低，導致較多的水保留在橄欖石中，因產生部份熔融、使得軟流圈相對於地函其他部分黏滯度較小，更容易變形、流動。
剛性的板塊坐落在強度較弱的軟流圈上，彼此的相對運動、在不同邊界上產生種種的地表構造，這是板塊學說重要的根基。根據地球物理的觀測，相對於岩石圈，震波在軟流圈傳播的速度較慢、並且具有較高的導電度，科學家推測：軟流圈的黏滯度的確比上方的岩石圈及下方的地函來得小，深度大約在從60公里到220公里不等。
過去認為，軟流圈強度減弱來自地函物質在此產生部份熔融，因震波不易在液體中傳播，使得震波速度減慢。至於產生部份熔融的機制，則並不清楚。科學家目前傾向於是水造成影響，因為現在知道水能以不同形式，進入礦物結構而儲存在地函中；水不僅能降低地函物質的強度，還能降低其熔點。因此，水在地函礦物中其溶解度隨深度的變化，就成為控制地函物質強度的重要關鍵。
地函主要的組成礦物為橄欖石（olivine），水在橄欖石中的溶解度，隨深度而增加。然而，德國科學家Katrin Mierdel的研究團隊發現：水在地函中的分布其實控制在斜方輝石（orthopyroxene）中，雖然它是地函中的次要礦物，含量較少，水在斜方輝石中的溶解度可是橄欖石的100倍。除此之外，水在斜方輝石中的溶解度恰好在軟流圈的深度掉到最低點，使得過量的水留在橄欖石中、在此溫壓條件下，產生較多的熔融狀態，造成軟流圈相對於地函其他部分黏滯度較小，更容易變形、流動。此研究結果已發表在Science期刊上。
科學家認為此理論還能說明，軟流圈在海洋與大陸板塊底下的深度不同，並且，由於水在低溫低壓下於斜方輝石中的高溶解度，有效地”榨乾” 橄欖石，而造成岩石圈的高強度，為堅硬的岩石圈提供另一解釋。
原始論文Mierdel et al., Water solubility in aluminous orthopyroxene and the origin of Earth’s asthenosphere, science, 315, 364-368, 2007
參考來源：
science: Fuel for plate tectonics