一項最新的研究發表於《Scientific Reports》，深入探討了在弧後被動大陸邊緣環境中，地幔上湧如何影響地表的地熱表現。該研究揭示了地殼的特性在調節地幔上湧的熱傳播中扮演的關鍵角色，尤其是在邊緣驅動對流（Edge-driven convection, EDC）的背景下。

背景：弧後盆地與地幔上湧

弧後盆地是位於隱沒帶後方的擴張盆地，通常與火山活動和新岩石圈的形成有關。地幔上湧是地函物質上升的過程，可能由多種因素引起，包括板塊構造運動、邊緣驅動對流和地函柱。在弧後環境中，地幔上湧被認為是岩漿活動和熱異常的重要驅動因素。

邊緣驅動對流是一種發生在厚實穩定的岩石圈（例如，古老克拉通）和較薄岩石圈之間的邊界上的不穩定現象。這種對流可以將熱的地函物質帶到地表，導致火山活動和地熱異常。

研究方法與發現

該研究利用接收函數分析等地球物理方法，研究了東朝鮮半島的弧後被動大陸邊緣的地殼結構。研究人員發現，沿海地區的地殼相對較薄，而內陸地區的地殼則較厚且富含長英質。

研究結果表明，局部地幔上湧，可能是由大陸邊緣的邊緣驅動對流引起的，促進了熱異常沿著海岸線上升到近地表，因為那裡的地殼相對較薄。相反，內陸地區的地殼較厚，抑制了垂直方向的熱傳播。

具體來說，研究發現：

  • 沿海地區存在顯著的低速異常，位於地下 60-120 公里處，與研究中正殘餘地形的區域空間一致。這些異常可能反映了與局部地幔上湧相關的部分熔融的存在。
  • 沿著東朝鮮半島斷層相關的泉水中，氦同位素的特徵與岩石圈變薄的區域和正殘餘地形的區域在空間上對齊，表明觀察到的揮發物來自軟流圈上湧。## 地殼特性的調控作用

這項研究強調了地殼特性在調節地幔上湧的地表和熱效應中的潛在作用。地殼厚度和組成上的差異可以影響熱傳播的效率，導致在地理範圍有限的被動大陸邊緣環境中出現快速的空間變異。

研究表明，較薄的地殼有利於熱異常上升到地表，而較厚的地殼則會阻礙熱傳播。此外，地殼的組成也會影響其導熱性，富含長英質的地殼通常比富含鐵鎂質的地殼導熱性更差。

邊緣驅動對流的影響

研究結果支持了邊緣驅動對流是東朝鮮半島地幔上湧的可能機制。邊緣驅動對流是由於岩石圈厚度差異引起的，可以在大陸邊緣產生局部上湧流。這些上湧流可以將熱的地函物質帶到地表，導致火山活動和地熱異常。

先前的研究也表明，邊緣驅動對流可能在其他大陸邊緣地區的地幔上湧中發揮作用。例如，有研究提出，邊緣驅動對流可能導致了百慕達和拉布拉多隆起的形成。

與其他研究的關聯

這項研究的結果與其他研究結果一致，這些研究表明地幔上湧可能與弧後環境中的火山活動和熱異常有關。例如，有研究發現，新赫布里底群島弧後裂谷帶的板片陡峭化和快速地函楔形更換與地幔流動有關。此外，在北斐濟盆地也發現了來自停滯板片的地函上湧的證據。

先前的數值模擬研究也探討了地幔楔形流動中背弧溫度擾動的影響，表明背弧中相對較小的高溫異常可能導致三維地函楔形流動，從而擴大次弧地函和板片溫度的沿弧變化。

結論與研判

這項研究為我們理解弧後被動大陸邊緣的地幔上湧過程提供了重要的見解。研究結果表明，地殼的特性在調節地幔上湧的地表和熱效應中扮演著關鍵角色。局部地幔上湧，可能是由大陸邊緣的邊緣驅動對流引起的，促進了熱異常沿著海岸線上升到近地表，因為那裡的地殼相對較薄。相反，內陸地區的地殼較厚，抑制了垂直方向的熱傳播。

總體而言，這項研究強調了地殼和地函之間複雜的相互作用，以及這些相互作用如何影響地表的地球物理和地質過程。未來的研究可以進一步探討不同地殼特性對地幔上湧的影響，以及邊緣驅動對流在其他地質環境中的作用。此外，結合地球物理、地球化學和數值模擬等多種方法，可以更全面地理解地幔上湧的過程及其對地表環境的影響。

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原始資料來源: GO-AI-6號機 Date: November 3, 2025