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朋友,当我说热点的时候,你知道我在说什么吗

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张涛 发表于 2011-10-22 21:28:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 jlinwhoi 于 2011-10-23 04:01 编辑

我个人一直觉得,“热点”是一个非常吸引人的事物。Jason Morgan利用简洁而有力的“地幔柱”来解释热点,从而使得板块构造说从一个完全水平都运动变为了三维立体的系统,也使得板块构造学说更快地得到大家都承认。在这个过程中,“热点”扮演了一个极具价值而又特立独行的角色,有点像姜文所说的“站着把钱赚了”都意思,和刚刚去世的乔布斯有得一比。实际上,其地幔柱假说的简洁性完全超过了乔布斯设计的产品。我博士论文取题热点很大一方面也是基于这方面的兴趣。

最近,我突然对“热点”产生了巨大的迷惘。 当我听到一个人说“热点”这个词的时候,我突然不知道他在说什么,他所描述的东西是否是我概念中的东西?所以我在刚刚结束的南海所会议上问林老师,热点究竟是应该怎么理解。我觉得很多人谈到热点的时候,实际上就是在指“地幔柱”。我感触最深的例子很多,其中包括周蒂老师在讨论热点定义的时候,我觉得她还是在指还是地幔柱。之前在一个单印本中,徐义刚老师的观点也基本上将热点和地幔柱等同起来。而我和我们所同事(唐丽梅等)讨论的时候,我觉得她也把热点等同于地幔柱。但是,如果我们真的把热点等同于地幔柱,那问题就太大了。

去年,杨挺老师说过,热点存在很多,甚至于可以用分形的概念去解释,也就是面积可以不定。林间老师也说过,热点没有理由是固定不动的。目前很多研究也表明,包括冰岛在内的很多热点其实并不“热”,有时候(应该是Azores)甚至称为“水点”更为合适。当然,之前很多的综述也表明,很多热点没有plumehead,甚至于绝大多数所谓热点都没有海山链。也就是说,热点可以动也可以不动,可以大,也可以小,可以热也可以不热,可以有头,也可以没有头,可以有痕迹也可以没有。我觉得这就很像Anderson在投往Nature被拒的一篇文章里面描述的一样:“They can speed up or slow down, they can stand alone or be attachedto a large igneous province; they can be hot or cool; they can be enriched,depleted, or some of both; their basalts may have primordial helium or they maynot. Their flow can be diverted by the shape and dip of the base of lithosphereon which they impinge. They may be associated with irregularities in seismic tomography above or below the mantle transition, or with no irregularities at all. All of these variations make the standard hypothesis so flexible that ithas become impossible to test; in Popper’s terms, it can no longer be falsified.” 这就将地幔柱复杂化了,搞的我们没法知道它到底是怎么样的。

经过Anderson的推动,目前对“地幔柱”的怀疑是越来越厉害。我相信很多人和我一样迷茫,林老师说的没错,我们完全可以用地幔异常来代替热点,这从理论上是完全行的通的。但是我个人觉得“热点”本身的具有其不可替代性,我后面会讨论这个问题。但是在此之前,我想问各位“童孩”,你知道热点是什么东西吗?

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滚滚长江都是水 发表于 2011-10-23 00:20:02 | 显示全部楼层
定义本身来说,hotspot就是非板块边界上的火山或者岩浆活动 (non tectonic volcanism)。典型的例子就是夏威夷,在太平洋板块的中间,也不是洋中脊,所以叫做热点。

那么,一个紧接着关心的问题是,既然不是板块边界上形成的岩浆,热点的源头在哪里?

地幔柱(plume) 是用来解释hotspot的一个model,就是一个源于地幔深处的温度以及成分上的异常。尽管有anderson等人的反对,很多地球物理以及地球化学的证据还是倾向于plume的存在,并且是来源于地球深部,核慢边界的地方 (core-mantle boundary)。

所以热点不等于地幔柱,一个是observation,一个model
汤民强 发表于 2011-10-23 10:48:14 | 显示全部楼层
热点应该是表象,地幔异常外在表现方式的一种。
 楼主| 张涛 发表于 2011-10-23 19:30:17 | 显示全部楼层
回复 2# 滚滚长江都是水


   热点可以说是板内岩浆活动,但是我觉得板内岩浆活动不能等同于热点。第一个问题是,同一个事物没必要用两个名称来描述,那是不是用板内岩浆活动替代热点更好? 第二个问题是,现在都知道板内的岩浆活动其实还是蛮多的,是不是无论体积大小、活动程度强烈都可以认为是所谓的热点? 如果牵扯到地幔柱,那就更麻烦了,即使在相对简单的海洋岩石圈,打死我也不能相信大大小小的板内岩浆活动都是源于遥远的地球深部。这么说下来,地幔柱假说就不是用于解释所谓的“热点”的了,那它初始模型要解释的东西是什么。
ltiansio 发表于 2011-10-23 21:49:48 | 显示全部楼层
本帖最后由 ltiansio 于 2011-10-23 21:56 编辑

[quote]回复  滚滚长江都是水


  "但是我觉得板内岩浆活动不能等同于热点。"

Totally agree, intraplate magmatism is not equal to hotspot. All the magmatism which are not occurred  along the plate  boundary are called intraplate magmatism.
In the conventional idea, hotspot is always combined with some mantle plume. In the recent days, people start to doubt  whether there is mantle plume or it is necessary to use mantle plume to explain the magmatism of big ocean islands, e.g., Hawaii or Iceland.  One of my paper in G3 compared magmatism in some intraplate seamounts in the eastern Pacific with that occurred in "true" ocean islands. They share some similarities in geochemistry, but have big differences too, e.g., the intraplate magmatism in seamounts in the eastern Pacific can not produce lavas with extreme geochemical compositions  (including trace element ratios, radiogenic isotopic ratios, of course ,high 3He/4He ratios ---- thought as indicator of primitive mantle). Besides,  the intraplate magmatism in the eastern Pacific can not produce large volume of magma to build huge islands like Hawaii. So there should be some mantle melt anomaly which keep primitive mantle signature  to explain these, mantle plume is one good alternate.
jlinwhoi 发表于 2011-10-23 22:24:02 | 显示全部楼层
本帖最后由 jlinwhoi 于 2011-10-23 22:37 编辑
One of my paper in G3 compared magmatism in some intraplate seamounts in the eastern Pacific with that occurred in "true" ocean islands. They share some similarities in geochemistry, but have big differences too, e.g., the intraplate magmatism in seamounts in the eastern Pacific can not produce lavas with extreme geochemical compositions  (including trace element ratios, radiogenic isotopic ratios, of course ,high 3He/4He ratios ---- thought as indicator of primitive mantle). Besides,  the intraplate magmatism in the eastern Pacific can not produce large volume of magma to build huge islands like Hawaii. So there should be some mantle melt anomaly which keep primitive mantle signature  to explain these, mantle plume is one good alternate.
ltiansio 发表于 2011-10-23 21:49


That's original and insightful - thanks for sharing!
滚滚长江都是水 发表于 2011-10-24 12:13:16 | 显示全部楼层
回复 4# 张涛

我是分开两步看这个问题,不易混淆概念。

一,什么是热点?热点是板块内部的岩浆活动。

二,什么导致了热点?各种model和解释,plume是其中的一种。

前几天看到了一篇文章间接地支持了plume的存在:

Science 7 October 2011:
Vol. 334 no. 6052 pp. 54-57
DOI: 10.1126/science.1209300

Deep Mantle Cycling of Oceanic Crust: Evidence from Diamonds and Their Mineral Inclusions

    M. J. Walter1,*,
    S. C. Kohn1,
    D. Araujo2,
    G. P. Bulanova1,
    C. B. Smith1,
    E. Gaillou3,
    J. Wang3,
    A. Steele4,
    S. B. Shirey3

+ Author Affiliations

    1School of Earth Sciences, University of Bristol, Bristol BS8 1RJ, UK.
    2Instituto de Geociências, Universidade de Brasília, CEP 70910-900 Brasília, DF, Brazil.
    3Department of Terrestrial Magnetism, Carnegie Institution, Washington, DC 20015, USA.
    4Geophysical Laboratory, Carnegie Institution, Washington, DC 20015, USA.

    ↵*To whom correspondence should be addressed. E-mail: m.j.walter@bristol.ac.uk

Abstract

A primary consequence of plate tectonics is that basaltic oceanic crust subducts with lithospheric slabs into the mantle. Seismological studies extend this process to the lower mantle, and geochemical observations indicate return of oceanic crust to the upper mantle in plumes. There has been no direct petrologic evidence, however, of the return of subducted oceanic crustal components from the lower mantle. We analyzed superdeep diamonds from Juina-5 kimberlite, Brazil, which host inclusions with compositions comprising the entire phase assemblage expected to crystallize from basalt under lower-mantle conditions. The inclusion mineralogies require exhumation from the lower to upper mantle. Because the diamond hosts have carbon isotope signatures consistent with surface-derived carbon, we conclude that the deep carbon cycle extends into the lower mantle.
滚滚长江都是水 发表于 2011-10-24 12:15:35 | 显示全部楼层
回复 5# ltiansio

Good to know, liyan. I need to read your paper into details about the formation and geochemical signature of seamounts. Did you analyze seamount samples from other regions as well?
 楼主| 张涛 发表于 2011-10-24 23:03:17 | 显示全部楼层
本帖最后由 zhangtao 于 2011-10-24 23:10 编辑

回复 5# ltiansio
这是非常有意思到事情。我一直觉得一般板内岩浆活动和所谓热点不会一样,能够有这样到证据实在很令人兴奋。稍后好好拜读你到文章。
 楼主| 张涛 发表于 2011-10-24 23:21:26 | 显示全部楼层
回复 7# 滚滚长江都是水


    关于第二点,我完全同意,但是关于第一点,你可能还是没有看懂我的疑惑。热点是板内岩浆活动,但是并不等于板内岩浆活动。第一点又特别重要,如果我们不知道"热点"是什么,那怎么去研究它哪?关于文章,我也觉得会有一个来自深部的物质交换,地幔没理由会完全分开,但是一定是plume吗?
ltiansio 发表于 2011-10-25 07:46:49 | 显示全部楼层
本帖最后由 ltiansio 于 2011-10-25 07:47 编辑

回复 7# 滚滚长江都是水


The Science paper is good, and they did amazing work. The first author is one previous postdoc in DTM, and some of the coauthors are my colleagues, including my officemate
滚滚长江都是水 发表于 2011-10-25 13:16:49 | 显示全部楼层
回复 10# 张涛

你可以追踪一下关于热点最初的定义。我的理解已经说过了。热点是板块内部岩浆活动 != 板块内部岩浆活动就是热点,或者热点完全等同于是板块内部岩浆活动。热点是板块内部岩浆活动的一种,海山也是板块内部岩浆活动的一种,根据liyan的文章,海山和热点的化学成分不一样,和MORB也不一样。

至于是否是plume,我不是特别confident,因为相关的文章读的不够多。但是看到了不少支持plume存在的文章。

除了plume,其他的最能解释热点存在的model有哪些?
 楼主| 张涛 发表于 2011-10-26 10:24:25 | 显示全部楼层
我的理解,最初热点和地幔柱就是直接针对板内岩浆活动,也就是说所有的板内活动。当然,现在大家都认识到这个过于一级近似了。但是这就使我疑惑,什么是热点。
除了地幔柱,现在Anderson他们的岩石圈破裂说也很有道理,他们的网站做的很出色,可以去看看。
halun 发表于 2011-10-27 09:18:20 | 显示全部楼层
首先,你把你同事我的名字写错了,其次,我并没有说热点就是地幔柱,那是你的理解,我目前只同意热点是种地幔异常,地幔柱存在与否我都不能确定。
halun 发表于 2011-10-27 09:20:17 | 显示全部楼层
现在很多地幔异常是板块俯冲就可以解释的。
滚滚长江都是水 发表于 2011-10-27 19:17:32 | 显示全部楼层
昨天和liyan讨论了一下她的paper,very impressive。张涛,你继续把这个系列写下去啊。回头也许大家一块写个综述,joyocean contribution!
滚滚长江都是水 发表于 2011-10-27 19:19:30 | 显示全部楼层
回复 15# halun

板块俯冲没有问题,会带来地幔异常也没有问题。
问题是,什么机制把这些地幔物质尤其是异常,带到地表的。
exhumation mechanism 本身就是一个hot topic
Jiabao 发表于 2011-12-29 12:39:20 | 显示全部楼层
good discussion
minifish 发表于 2012-4-20 14:29:39 | 显示全部楼层
热点和地幔柱是两个不同层次的概念。
“地幔柱(mantle plume)概念最早是由摩根(Morgan, 1972)为解释热点成因而提出的,而热点是威尔逊(Wilson,1963)为解释火山岛链年龄的递变现象而提出的。”这是我在做塔里木大火成岩省博士论文时对两者的理解。
热点更加侧重的是地幔热异常在地表的表现,这个表相的深部原因归结为下面有一个地幔柱。我们可以说hawaii是个hotspot, 原因是下面有hawaii mantle plume。
另外可以参考维基百科的解释
http://en.wikipedia.org/wiki/Hotspot_(geology)
http://en.wikipedia.org/wiki/Mantle_plume
西门听海还是上官打渔 发表于 2012-4-21 21:41:56 | 显示全部楼层
回复 2# 滚滚长江都是水

记得地大北京的万天丰老师曾说,地幔柱应该翻译为地幔羽的。给人的印象是柱子是有根的,而羽毛就不一样了,可以从任何深度漂上来。不知道各位这方面的专家怎么认识,mantle plume有根吗?
滚滚长江都是水 发表于 2012-4-21 22:29:31 | 显示全部楼层
plume肯定有根啊,现在的问题是这个根在哪里--是核幔边界,还是上地幔;或者其他深度

回复 20# 西门听海还是上官打渔
Zhoudi 发表于 2012-6-6 20:30:34 | 显示全部楼层
本帖最后由 Zhoudi 于 2012-6-6 20:32 编辑

对不起,我刚才看到这个讨论;其实我也对这个题很感兴趣。
我同意minifish和另外几个人的意见,简单来说,热点是地幔柱在地表产生的热异常。理由很简单:这是首先提出这两个概念的人给出的定义。如果要修改定义,你就再造一个名词好了。
不应把热点的概念扩大化到指“板内岩浆活动”,第一它不符合原始定义,第二如果用的太泛了,“热点”这个概念就没有意义了。
倒是“地幔柱”的概念要明确,应该指有深根的、不随板块移动的地幔上升流,因此它是有特定成因和特点的。问题也是对这个概念的泛用,只要见到有柱形的地幔热区就称为地幔柱,从而成因就多样化了。还有就是英文用“plume”这个词其实不太好,因为plume适用的尺度范围太大了,大致几百上千公里直径的地幔柱,小到显微镜下的微结构,都可以用这个词来描述。我们的前辈在翻译时发挥了中文的长处,将大尺度的plume译成“柱”,是非常妙的!
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