[分享] 軟流圈是甚麼？

[nmns (強哥)]

這一樣是因為最近上鍾大的地球化學之後，才知道大三就應該懂得的東西，我現在才懂。

一樣野人獻曝分享給大家，有錯請指正～

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網誌版：http://mygeotravel.org/hcc/blog/2010/05/23/4518.html
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軟流圈是甚麼？

如果學生說，「軟流圈就是熔融的岩漿，地表上火山所噴發的岩漿就是來自軟流
圈，而軟流圈的熱對流運動則是推動板塊運動的動力來源。」那我一點都不會覺
得奇怪，我會覺得奇怪的是，這一大套講法到底是學生自己建構出來的解釋，還
是有人教的呢？學生給我的答案大多是，國中老師！

要「破解」這一大套看似完美的邏輯，最困難的地方在於告訴他們軟流圈為什麼
不可能是岩漿還不夠，還必須告訴他們岩漿怎麼形成，以及地函熱對流跟板塊運
動是怎麼一回事。這其中只要有任何一個環節他們沒能聽懂，串不起一套完整的
說法，那只要過一陣子，他的答案就又會回到「軟流圈就是熔融的岩漿…」了。

通常我會先給學生一張地表附近地震波（S波）速度分佈圖（下圖），讓學生根
據他已經知道的「S波無法在液體中傳遞」，以及圖上顯示「軟流圈不但有S波通
過，而且速度還沒有變慢很多」的結果，讓學生先建立起「軟流圈不可能是液態
的熔融岩漿」這種想法。但這個想法的威力很薄弱，學生很快會把他消滅，所以
要趕快派出援軍，「那到底軟流圈是甚麼樣子呢」？

http://tinyurl.com/2dpnwbu

其實軟流圈裡面應該只有「一點點」岩漿。

我們先簡單解釋一下岩漿的形成原因。下圖中橫座標是溫度、縱座標是壓力或深
度，岩石在溫度越高的狀況下越容易熔融成為岩漿，但若是壓力越大（深度越深），
岩石就需要更高的溫度才能融化，圖中綠線就代表橄欖岩（地函主要組成物質）
的固融線（開始融化的條件）。但因為岩石是由不同礦物所組成的混合物，所以
當溫壓條件超過固融線之後，橄欖岩會由熔點低的礦物開始融化，產生一小部分
的部分熔融，而不是一次全部變成液態。

http://tinyurl.com/26ke3p2

圖中的藍線與黃線則分別代表海洋地區及大陸地區地底下溫度隨深度的變化，圖
中很明顯可以看出來，地底下的溫度完全不足以讓岩石產生部分熔融。但若是橄
欖岩中含有部分揮發性物質（例如水或二氧化碳），產生部分熔融的溫度條件就
會降低，像上圖中的紅線就是含水橄欖岩的固融線。因此根據估計，軟流圈大約
有5％的部分熔融存在，這也就是地震波速度在此深度會減慢一點點的主要原因。
最近我才知道，過去我用來解釋軟流圈發生部分熔融的圖其實是錯的（汗）。

下圖是橄欖岩中發生部分熔融時，岩漿所存在的位置。此時的岩漿會儲存於礦物
顆粒與顆粒交界的頂點位置（下圖左），但這些岩漿在空間中是彼此獨立且互不
相連的。如果部分熔融的程度稍微高一點，岩漿就會在礦物顆粒的邊緣連結（下
圖右）。不過在此溫壓條件下所形成的岩漿，其密度並沒有比周圍的岩石小，所
以岩漿不會因為浮力向上流動並聚集，而會一直保持在原地。

http://tinyurl.com/2fmnuhr

由於大陸地區與海洋地區的地殼及岩石圈厚度不同，連帶影響了地底下溫度與壓
力的分佈，因此世界各地的軟流圈深度分佈也有所不同。例如下圖就是不同地區
的S波速度隨深度變化，下圖A中的顏色可以對應到圖B和圖C的速度變化，實
線是大陸地區，虛線是海洋地區；圖B是在深度方向上平滑過的S波速度變化；
圖C則是在深度方向上沒有平滑過的S波速度變化。

http://tinyurl.com/2fsu5ny

根據定義，軟流圈以上的部分我們稱之為岩石圈。但從上圖可以看出來，不同地
區的岩石圈似乎差異很大，特別是在大陸地區。甚至軟流圈與岩石圈的分界到底
應該定在哪裡，也都是很有趣的問題。總而言之，希望從這篇說明開始，可以讓
我的學生漸漸擺脫「軟流圈就是熔融的岩漿…」的那套說法～

Blatt, H., Tracy, R. J., Owens, B. (2005), Petrology: igneous, sedimentary,
and metamorphic (New York: W. H. Freeman), P.147-149.
Barbara, R. (2009), The Thickness of Tectonic Plates, Science, 324, P.474-476.



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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc)
◆ From: 140.109.82.191
※ 編輯: nmns            來自: 140.109.82.191       (05/23 19:43)
推 ntouhr:推一個 我也花了好多時間修正義工軟流圈=岩漿庫的概念
推 fblin2000:謝謝你的解釋~~
推 SWW:推! 地球的好複雜Q_Q
推 harkcmy:那要怎麼跟學生解釋會比較白話一點？
推 XmasX:我也有和樓上同樣疑問 如何用幾句話簡單說明何謂軟流圈?
→ XmasX:河水之於岩漿 地下水之於軟流圈 這樣比喻恰當嗎?
→ XmasX:軟流圈是熔融岩漿比例稍多的地層 這樣可以嗎?
推 rbh:想請問最後一張圖 圖B的平滑化有什麼意義? 又平滑化的根據是?
→ rbh:另外  如果樓樓上的問題用"軟流圈是加熱後的岩石，比較軟，有
→ rbh:些地方甚至會融化"這樣解釋行嗎?  還是我觀念依舊不對??
→ irina0629:我只能聯想到 我那包遺忘在高溫車子裡的M&M巧克力 orz
推 wudollar:超棒！！上了一課！但是也是真的很難解釋給國中老師聽...
推 singerpro:我覺得國中生根本不需要學這些內容...
→ nmns:我也覺得這對國中生太難，但國中老師就應該會吧？如果這些他
→ nmns:們都懂，應該就不會給學生「軟流圈＝岩漿」這種觀念才對。
※ 編輯: nmns            來自: 140.109.82.191       (05/24 08:29)
推 thrush:推！！！
推 cting:學地科出身的國中老師應該都會....學其他科出身的老師難說^^
推 abcde5872:國中生根本沒必要會啊 如果跟地質沒有關係的人 知道地球
→ abcde5872:有軟流圈就已經很不錯了
我上面的意思可「完全沒有」要老師把這些都教給國中生的意思喔！
會提到「國中」，是因為我教的學生（高中生）通通都聽過軟流圈了，
但幾乎都有「軟流圈＝岩漿」的觀念。

所以上面這些資料當然是以老師為對象寫的，
我認為老師要不要教，怎麼教，教多少都可以，
但如果老師多懂一點，就算不教，也不會教出錯的觀念。

於是我才會一直唸書，因為我希望自己不要教出太多錯的觀念，
然後把我唸書的心得分享給需要的人。
也許是認真的老師，或好奇的學生，可以因此有所收穫，我就達到目的了。

當然，希望有人指正我的錯誤，也是目的啦～
※ 編輯: nmns            來自: 140.109.82.191       (05/24 17:16)
推 abcde5872:嗯嗯 我是覺得老師上課的過程中 用最簡單的方法讓學生
→ abcde5872:了解有這些東西就好了 沒必要講太多 頂多稍微提一下 讓
→ abcde5872:有興趣的學生自己過來問 而且 要講這個甚至要提岩漿的
→ abcde5872:形成機制 也就是絕熱減壓的概念 其實還蠻麻煩的 就連地
→ abcde5872:質地科系的學生 也有大部份人都是修過大三地化後才開始
→ abcde5872:有這些概念的
推 h888512:這個基本上要學過熱力學才有概念....
推 ji31g42go61:地球化學~~~(暈)正在弄報告......
推 blatta:與其怕錯誤觀念，不如教學生要有追求或至少吸收新知的心。
→ nmns:老師如果不懂得追求新知、不喜歡追求新知，不只會教錯誤觀念
→ nmns:當然也不可能教學生去追求新知
推 blatta:所以是老師的老師的問題啊XDDD
推 mollypp:推!!!!解釋的超清楚~~鍾大上課的精美版筆記阿~~~