讓我們踏上地球深處的旅程，深入地殼和地幔，接近地核。我們將使用地震波來指明方向，因為它們會在地震發(fā)生后通過地球產(chǎn)生回聲，并像雷達波一樣揭示其內部結構。
在核心附近，有地震波緩慢爬行的區(qū)域。猶他大學的新研究發(fā)現(xiàn)，這些神秘且具有描述性名稱的超低速區(qū)令人驚訝地分層。建模表明，其中一些區(qū)域可能是早期地球形成過程的殘余物——不完全混合的殘余物，就像一碗面糊底部的面粉團。
“在我們所知道的深部地幔的所有特征中，超低速帶可能代表了最極端的特征，”地質與地球物理系副教授邁克爾 S.索恩說。“確實，這些是地球上任何地方發(fā)現(xiàn)的一些最極端的特征。”
該研究發(fā)表在《自然地球科學》上，由美國國家科學基金會資助。
進入地幔
讓我們回顧一下地球內部的結構。我們生活在地殼上，這是一層薄薄的堅固巖石。在地殼和行星中心的鐵鎳核之間是地幔。它不是熔巖海洋——相反，它更像是堅硬的巖石，但很熱，并且具有移動的能力，從而驅動地表的板塊構造。
我們如何知道地幔和地核中發(fā)生了什么?地震波。地震后，當它們在地球上產(chǎn)生漣漪時，地表的科學家可以測量這些波浪如何以及何時到達世界各地的監(jiān)測站。根據(jù)這些測量結果，他們可以反推這些波是如何被地球內的結構反射和偏轉的，包括不同密度的層。這就是我們如何知道地殼、地幔和地核之間的邊界在哪里——以及我們如何知道它們是由什么組成的。
超低速區(qū)位于地幔底部，液態(tài)金屬外核的頂部。在這些地區(qū)，地震波減慢了一半，密度增加了三分之一。
科學家們最初認為這些區(qū)域是地幔部分融化的區(qū)域，可能是冰島等所謂“熱點”火山區(qū)的巖漿來源。
“但我們稱之為超低速區(qū)的大多數(shù)東西似乎并不位于熱點火山下方，”索恩說，“所以這不可能是全部。”
因此，澳大利亞國立大學、亞利桑那州立大學和卡爾加里大學的博士后學者索恩·帕查伊 (Surya Pachhai) 及其同事著手探索另一種假設：超低速帶可能是由不同巖石組成的區(qū)域，而不是其他區(qū)域。地幔——而且它們的成分可能會追溯到早期的地球。
或許，索恩說，超低速區(qū)可能是氧化鐵的集合，我們認為它們在表面生銹，但在深部地幔中表現(xiàn)為金屬。如果是這種情況，地核外的氧化鐵袋可能會影響下方產(chǎn)生的地球磁場。
“超低速帶的物理特性與其起源有關，”Pachhai 說，“這反過來又提供了關于地球最下地幔的熱和化學狀態(tài)、演化和動力學的重要信息——地幔對流的重要組成部分驅動板塊構造。”
逆向工程地震波
為了獲得清晰的圖像，研究人員研究了澳大利亞和新西蘭之間珊瑚海下方的超低速帶。這是一個理想的位置，因為該地區(qū)發(fā)生了豐富的地震，提供了核心-地幔邊界的高分辨率地震圖像。希望高分辨率觀測可以更多地揭示超低速區(qū)是如何組合在一起的。
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