地球深處的秘密水庫：橄欖石如何影響板塊運作？

最新研究發現，只有最古老且下沉速度最快的海洋板塊，才能將水份帶入地函深處。這項突破性發現與礦物「橄欖石」獨特的熱傳導特性息息相關。

德國波茨坦大學與亥姆霍茲地學研究中心（GFZ）的國際研究團隊發現，由於橄欖石透過輻射方式傳導熱能，只有年齡超過6000萬年、每年下沉速度超過10公分的海洋構造板塊，才能保持足夠低溫，將水份輸送到地函深處。這項研究已刊登於頂尖期刊《自然通訊》。

地球外殼（岩石圈）由多個堅硬的構造板塊組成，這些板塊漂浮在更熱、更具流動性的地函上方。當兩個板塊相撞時，密度較大的一方會沉入地函，這個過程稱為「隱沒作用」。海洋板塊通常比大陸板塊密度更高，主因是其含有約80%的橄欖石成分。

橄欖石是地球外殼的主要礦物，佔上地函（深度40-410公里）的60%。在隱沒過程中，冰冷的板塊會透過熱擴散（包括熱傳導和熱輻射）逐漸被周圍溫暖的地函加熱。理解板塊加熱過程對解釋深層地震和600公里深處水份的存在至關重要。

「我們首次測量了橄欖石在地球內部的透光性，」波茨坦大學地球動力學家恩里科・馬佐託表示：「這些測量顯示，即使在地球內部極端的高壓高溫條件下，橄欖石仍能保持紅外線穿透性。」

研究顯示，在富含橄欖石的上地函中，輻射傳熱約佔總熱擴散的40%。這意味著輻射導熱性在板塊加熱過程中扮演關鍵角色，並會顯著影響隱沒板塊的密度、剛性，以及將水份帶入地球深處的能力。

透過二維板塊熱演化模型，研究團隊證實輻射熱傳導加速的加熱過程，會促使含水礦物在較淺深度分解。「這可能解釋了板塊在70公里深處發生的地震現象，」馬佐託解釋。因此，只有年齡超過6000萬年、下沉速度超過每年10公分的板塊，才能保持足夠低溫將含水礦物帶到410至660公里深的「過渡帶」。

值得注意的是，地函過渡帶被認為是地球最大的水庫，其含水量可能是地表海洋總量的三倍。馬佐託補充：「我們的研究還提供了計算地函熱異常壽命及其動力學行為的數值工具，這些異常可能是熱的（如來自地函深部的地函柱）或冷的（如隱沒板塊）。」

這項突破性研究為理解地球內部水迴圈機制開闢了新途徑，也為預測深層地震提供了重要線索。