深部地殼（Earth’s Deep Crust）中的熱毯

深部地殼（Earth’s Deep Crust）中的熱毯
國立蘭陽女子高級中學地球科學科李協長老師/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

對地球的地殼內部岩石之相關研究指出，下部地殼是良好的絕熱體，受到這項發現影響的結果相當多，其中之一就是地殼會產生更多岩漿的可能性大增。

由法國學者Jean Braun在2009年3月的自然期刊刊登的文章中寫道：我們對於大陸地殼最深處（平均深度約30-40公里）的溫度暸解不多，因為在這樣的深度下，並無法直接從鑽井或礦坑中測量溫度。而溫度會影響到許多地質作用，包括讓下部地殼中的岩石熔化產生岩漿，以及使岩石產生形變。這些熱主要來自地殼下面的地函，而過程中溫度的高低變化，可藉由地殼的熱傳導來調節：較高的傳導率（conductivity）會使熱流動的較快，使得地殼底部的溫度較低；反之，較低的傳導率會使熱的傳導作用變差，使得地殼底部的溫度較高──由於下部地殼是良好的絕熱體，因此發揮了類似毛毯的功用。

因為要實際精確測量岩石對熱的傳導率有困難，所以早期的研究都假設岩石對熱的傳導率是固定值，不受溫度變化的影響。但現在Whittington和其同事根據新技術，如雷射閃光分析（laser-flash analysis），可將小型的岩石樣本（10mm×1mm）的一端置於熱熔爐中，維持在某個溫度接受雷射脈衝，然後測量熱傳導到另一端所需的時間，再仔細經過模型校正，以得出精確的熱傳導率。

觀察結果顯示：岩石對熱的傳導率深受溫度的影響。岩石在高溫時的熱傳導率會降低，尤其接近熔融溫度時。但要在高溫測量岩石的熱傳導率並不容易，因為接近熔融溫度時，熱不只會透過傳導，也會透過輻射傳送。這就表示我們對現在岩石於高溫狀況下的熱傳導率都高估了。其結果就是下部地殼的熱傳導率較低（最多可比原先估計值低50％），因此溫度會比我們想像的還要高。

此外，地殼在大地構造運動中通常會受到應力作用而變形，形成狹窄、可延展的剪力帶。在高應力的變形過程中，機械能轉變成熱能（即形變加熱作用），而熱能從剪力帶經傳導作用散失。但在高溫時，低的熱傳導率減少熱能的消耗，造成剪力帶的溫度比一般高。

這結果對於我們了解隱沒帶附近的岩漿活動與構造運動、大型高溫造山帶（如喜馬拉雅－西藏系統）有重大影響：一、從地函產生的玄武質岩漿侵入時，會更快速的熔化下部地殼並和它混合。二、岩漿能更快速的上升穿過地殼。三、加強因構造運動造成下部地殼變形的形變加熱作用。四、加強區域變形作用。五、更快速產生岩漿通道，使岩漿能從下部地殼擠壓噴出地表。

參考資料：Hot blanket in Earth’s deep crust
By Jean Braun
Nature news ＆ views
19 March 2009