大型低剪力波速群

大型低剪力波速群（，簡稱 LLSVPs），又稱為大規模低波速域（LLVPs）或超級脈湧（superplumes），是分布於地球最下部地函、鄰近外核區域的一類典型深部構造。 這些區域具有低速度的特徵，最初由深地球的地震层析成像辨識而得。全球共主要辨識出兩處：非洲LLSVP與太平洋LLSVP，其側向延伸可達數千公里，垂向自核幔邊界向上延伸可能達1,000公里。它們分別被命名為Tuzo與Jason，以紀念在板塊構造領域具有重要地位的地質學家约翰·图佐·威尔逊及威廉·傑森·摩根。太平洋LLSVP的寬度約為，其下方對應至少四個地表地質熱點，顯示其深部可能存在多個地函熱柱。整體而言，這些區域佔地函體積約8%，或約占整個地球體積的6%。

LLSVP及其相關大型結構亦有其他稱呼，例如、超級脈湧、熱－化學堆積體或隱藏儲庫等，這些名稱大多係描述其可能的地球動力學或地球化學行為。例如「熱－化學堆積體」一詞將LLSVP詮釋為深部地函中具高溫或化學組成差異的堆積構造。由於其成因、性質與動力效應仍未完全釐清，LLSVP仍被視為深地球研究中的重要未解謎題之一。

 地震學模型 
在核幔邊界之上，存在一層厚約  的下地函區域，被稱為D″層（讀作「D 雙撇」或「D prime prime」），或稱「二階結構」。研究者在全球地函速度斷層掃描模型中，於此層發現位於非洲與太平洋下方、速度較低的異常，即為LLSVP。D″層的全球球諧函數構型在大多數地函區域相當穩定，但在LLSVP位置則呈現明顯異常。利用剪切波速度可進一步確認其位置，並揭示一類與地函對流相關的穩定構造模式。此穩定構造被認為與地表板塊構造的運動幾何具有深層連動關係。

LLSVP多位於赤道附近，但主要分布在南半球。全球斷層攝影所得的影像通常呈現平滑構造；然而局部地震波的波形建模顯示LLSVP的界面具有明顯的急變邊界。 由於此類邊界的急劇速度變化難以僅以溫度差解釋，研究指出其必須具有化學組成上的差異，才能形成觀察到的速度跳變。此外，規模更小的亦多見於LLSVP的邊緣。

利用固体潮，科學家得以推算出這些區域的密度特性。其下方三分之二的部分密度比整體地幔高出約0.5%。然而，潮汐斷層攝影法無法釐清這些過量質量的具體分布；密度增加的原因可能來自原初物質，或由隱沒作用的海洋板塊殘餘所引起。非洲LLSVP亦被認為可能與南大西洋異常區的形成相關。

 起源 
關於LLSVP的形成與持續性，目前提出了多種假說，主要取決於這些構造是否僅代表熱性不整合（即與周圍地幔具有相同化學成分），或同時亦具有化學不整合（即具備熱化學性質，成分與周遭地幔不同）。若LLSVP僅為熱性不整合，則其可能由大規模的地幔柱熱上升流形成。然而地球動力學研究顯示，同成分但較高溫、黏度較低的地幔上升流，應當形成狹長而細的柱狀結構， 與LLSVP所呈現之巨大廣闊形態不符。需要注意的是，地球動力學模型與地震成像的解析度仍存在相當差異。目前最具代表性的假說為：LLSVP由隱沒的海洋板塊累積而成。這與太平洋LLSVP周邊已知的「板塊墓場」位置相符。這些古老的隱沒帶被認為導致LLSVP周遭高速異常區的形成，其歷史可能可追溯至超大陸羅迪尼亞大陸約7.5億年前的分裂之前。在地幔深處，受相變作用影響，這些冷卻板塊部分熔融，形成高密度熔融物並聚集於核心—地幔邊界附近，進一步形成超低速區。其餘物質則因成分造成的浮力而上升，並促成中洋脊玄武岩的形成。這些作用會在核心—地幔邊界形成小型羽狀上升團簇，進而合併為大型地幔柱，最終形成超級地幔柱。

在此模型下，太平洋與非洲LLSVP的形成源自地核（約4000K）向較冷地幔（約2000K）的大量熱量輸出，而被隱沒的岩石圈則作為驅動超級地幔柱對流的重要能量來源。由於地核難以單獨維持如此高熱量，因此該假說也支持地核中可能存在。若富含可熔融成分的隱沒岩石圈不再於適合的位置持續隱沒，超級地幔柱可能因此衰亡。另一項被廣泛討論的起源機制是其與大碰撞說相關。此理論認為，LLSVP可能代表忒伊亞地函碎片沉降至地球核心—地幔邊界後所形成的構造。

其較高密度的成因可能來自較高含量的氧化亚铁，這不僅符合月球樣品的同位素化學特徵，也與位於LLSVP上方的之地球化學組成相一致。

動力學
地球動力學的地幔對流模型中納入了具組成差異的物質，這些物質通常會被聚集成隆起或堆積體。在模型中加入更貼近實際的過去板塊運動後，這些物質會聚集於與現今LLSVPs位置高度一致的區域。這些區域亦與既知的沈積板塊墓地位置相符。此類模型，以及觀察到的LLSVPs之D″結構與真正極移路徑呈正交關係的現象，顯示這些地幔結構在地質時間尺度上具有高度穩定性。此幾何關係亦與泛古陸的位置及其由深部超級隆升造成的板塊裂解所形成的現今大地水准面格局相符。

然而，地核所提供的熱量不足以維持LLSVPs內部超級地函柱運動所需的能量。下沉板塊從鈣鈦礦轉變為的相變會釋放放热反应能量，雖能為LLSVP加熱，但仍不足以解釋所需的總能量。因此有假說認為，板塊墓地中的物質可能變得極為致密，並形成富含鈾、釷及鉀的大型熔融物質池。這些高濃度放射性元素的衰變被認為能提供必要的高溫。因而，板塊墓地的形成與消失可能象徵特定LLSVP的生成與衰亡，並可能改變全球板塊構造的動力學。

 結構與成分 
乌特勒支大学的研究指出，LLSVPs不僅溫度較高，亦可能具有超過十億年的地質年代。研究結果顯示，其地震性質受溫度以外的因素影響，包括成分或礦物晶粒尺寸。 通過LLSVPs的地震波雖然速度會減慢，但能量衰減程度較純熱異常預期的更小，顯示其內部具有成分差異，並揭露其結構的複雜性。

 參見 





 參考文獻 

 外部連結 




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