岩石圈

岩石圈（Lithosphere）位於地球的表層，薄而堅硬。岩石圈在軟流圈之上，包含部分上地幔和地殼。地殼在地幔之上，由莫氏不連續面作為分界。根據板塊構造學說，岩石圈並非整體一塊，而是由許多板塊組成。

岩石圈

地球岩石圈

概念的歷史

類型

海洋岩石圈

主條目：海洋地殼

洋底岩石圈典型厚度為50–100公里厚（但在大洋中脊下的岩石圈厚度僅相當於地殼厚度）。大洋岩石圈主要由鎂鐵質地殼與超鎂鐵質地幔（橄欖岩）組成，密度比大陸岩石圈更大。隨着年齡增加與越來越移動離開中洋脊，大洋岩石圈也逐漸變厚。這種加厚主要是通過傳導冷卻把熱的軟流圈轉化為岩石圈地幔，因而大洋岩石圈地幔的厚度與其年齡的平方根成比例。

${\displaystyle \,h\,\sim \,2\,{\sqrt {\kappa t}}\,}$

其中${\displaystyle h}$是大洋岩石圈中地幔的厚度，${\displaystyle \kappa }$是熱擴散係數（近似10⁻⁶ m²/s），${\displaystyle t}$是洋底年齡。

大洋岩石圈在生成之後最初數千萬年，其密度小於軟流圈。此後大洋岩石圈的密度會逐漸增大最終超過軟流圈。這主要是因為岩石圈中的地幔部分熱脹冷縮，隨着溫度的下降，其密度超過了軟流圈；雖然大洋地殼由於化學分異造成密度總是小於地幔。成熟的大洋岩石圈因重力不穩定而在消減帶拆沉進入下伏的地幔軟流圈。因而大洋岩石圈的年齡最大不超過1.70億年，比數十億年的大陸岩石圈年輕得多。^[1][2]

大洋岩石圈被地幔柱上涌帶到地殼表層，其莫氏硬度超過石英岩石。

隱沒岩石圈

主條目：隱沒帶

大陸岩石圈

主條目：大陸地殼

岩石圈的厚度因地而異。一般而言，大陸地殼的岩石圈厚度大於海洋地殼的岩石圈厚度，但是其具體深度存在爭議。^[3]大陸岩石圈的厚度約40公里到可能的75公里；其上部的～30到～50公里是大陸地殼。岩石圈的地幔部分主要由橄欖岩組成。大陸地殼主要是長英質岩石。

地幔捕虜岩

性質

岩石圈相對於其下的軟流圈，屬於較剛性、脆性的一部分。在這種情況下，岩體仍然有足夠的強度來累積能量，發生地震。

岩石圈與軟流圈的區別在於對應力的不同響應：岩石圈在很長時間內保持剛性、彈性形變、最終可能發生脆性斷裂；軟流圈黏滯變形，在應力下塑性形變。

岩石圈的下界是上地幔岩石從脆性轉變為黏性的等溫線。超過此溫度（～1000°C），上地幔中最軟弱的礦物——橄欖石將黏性形變。

被消減的岩石圈

21世紀初的地球物理研究發現，一些被消減的岩石圈的大塊深入地幔深達2900公里，幾乎接近核幔邊界，^[4]同時有的岩石圈塊體漂浮於上地幔中，^[5][6]還有的插入地幔400公里但仍附着於上面的大陸板塊，^[7]類似於佐敦於1988年提出的「構造圈」。^[8]

發現歷史

1914年-1915年，巴雷爾·約瑟夫（英語：Joseph Barrell）發表8篇關於地殼均衡的系列研究文章，從力學角度（剛性和流變性）提出了岩石圈與軟流圈的分野。^[9][10]但並不受重視。

20世紀六十年代末隨着板塊構造理論的出現，地球科學界認識到岩石圈代表若干浮於軟流圈之上的保持剛性的板塊，板塊會發生會聚、發散、側滑等相對運動，並在邊界處產生相互作用，導致殼幔物質循環，是大多數地震與火山活動的起因，比莫霍面具有更重要的意義。

參見

• 碳酸鹽-矽酸鹽循環（英語：Carbonate–silicate cycle）
• 氣候系統（英語：Climate system）
• 冰雪圈
• 地圈（英語：Geosphere）
• 科拉超深鑽孔
• 固體地球
• 垂直位移（英語：Vertical displacement）
• 莫氏不連續面

參考資料

1. Jordan, T. H. 1978 Composition and development of the continental tectosphere. Nature 274, 544-548.
2. O』Reilly, Suzanne Y. et al. (2009) "Ultradeep continental roots and their oceanic remnants: A solution to the geochemical“mantle reservoir”problem?" LITHOS doi: 10.1016/j.lithos.2009.04.028
3. Continents: How low do they go? （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）Nature
4. Burke, K. and Torsvik, T. H. (2004) "Derivation of Large Igneous Provinces of the past 200 million years from long-term heterogeneities in the deep mantle Earth and Planetary Science Letters 227: pp. 531-538
5. Replumaz, A. et al. (2004) "4-D evolution of SE Asia's mantle from geological reconstructions and seismic tomography" Earth and Planetary Science Letters 221: pp. 103-115, doi:10.1016/S0012-821X(04)00070-6
6. Li, Chang et al. (2008) "A new global model for P wave speed variations in Earth's mantle" Geochemistry Geophysics Geosystems 9(5): Q05018, doi: 10.1029/2007GC001806
7. O’Reilly, Suzanne Y. et al. (2009) "Ultradeep continental roots and their oceanic remnants: A solution to the geochemical“mantle reservoir”problem" Lithos doi:10.1016/j.lithos.2009.04.028
8. Jordan, T.H. (1988) "Structure and formation of the continental tectosphere" Journal of Petrology 29(Special Lithosphere Issue): pp. 11-38
9. Barrel, J. The strength of the crust, Part VI. Relations of isostatic movements to a sphere of weakness – the asthenosphere. The Journal of Geology. 1914, 22 (7): 655–683. Bibcode:1914JG.....22..655B. JSTOR 30060774. doi:10.1086/622181.
10. Joseph Barrell：“The Strength of the Earth's Crust VIII. Physical Conditions Controlling the Nature of Lithosphere and Asthenosphere”， published in 《The Journal of Geology》，Vol. 23, No. 5 (Jul. - Aug., 1915), pp. 425-443. [2018-12-18]. （原始內容存檔於2021-03-12）.