深入地下3000千米
深入地下3000千米Original Gaviota
原理 2022-05-29 05:30 Posted on 浙江
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地球的内部就像洋葱一样是一层一层的，它的中心是铁镍核，周围包裹着被称为地幔的厚层，最外层则是薄薄的外壳，也就是我们生活的地壳。
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地幔中主要是固体岩石，但它的温度足以让岩石极缓慢地流动。这些内部对流流将热量输送到表面，推动着构造板块的运动，并为火山爆发提供了动力。
虽然现有的技术还无法让科学家亲身深入地球内部一探究竟，但他们可以利用地震产生的地震波来“看”清地表之下的情况。这些地震波的回声和阴影能够揭示出地球深处地形的“图像”。
但是，对于我们这颗星球内部一个热流动非常关键的区域，也就是核-幔边界（CMB）结构的“图像”的解读，一直是一大难题。
近日，一项发表在《自然·通讯》上的新研究，首次获得了在地表之下约3000千米处核-幔边界的一处不寻常区域的详细“图像”。这处神秘的岩石区域差不多正好在夏威夷群岛的正下方，它第一次详细揭示了这里复杂的内部变化，展现了地球深处的景观和其中发生的过程。
核-幔边界的超低速区
在研究中，科学家聚焦在地球深处核-幔边界附近的几个超低速区之一，也就是说，地震波在通过这片区域的时候慢到了极点。
他们使用了最新的数值模拟方法来揭示核-幔边界数千米规模的结构。这些模拟利用到先前没有注意到或没有使用过的波的对称性，挑战了现代高性能计算在弹性动力学模拟方面的极限。与先前的研究相比，这次的研究将相关图像的分辨率提高了一个数量级。
团队观察到，在夏威夷下方超低速区的底部，地震波的传播速度降低了40%。这支持了现有的一些观点，也就是说，这片区域可能含有比周围岩石多得多的铁，这意味着这里的密度更大，也更迟滞。
https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_png/tqOuxs8dsHMOhJzy8lbiaEknuf0Yk2ia462Uq7Ih7oHKm38HK0HVhCo0ibR0zKGhgLxM9tYhnzTs5amcOWEiaXs3Fg/640?wx_fmt=png地球内部结构示意图。（图／Volcan26, Wiki, CC BY-SA）
这种富含铁的物质有可能是地球早期历史上的古老的岩石的遗留，甚至有可能是铁通过一种未知的方式从地核渗漏出来。
热点火山的起源
这项研究还可以帮助科学家了解夏威夷群岛这样的火山链之下究竟是什么，它们又产生了什么。
科学家已经开始注意到，包括夏威夷和冰岛在内的被称为热点火山的位置，似乎与地幔底部的超低速区之间存在着某种联系。
热点火山的起源一直存在争议，但最主流的理论认为，类似柱状的结构将高温的地幔物质从核-幔边界一直带到了表面。如今，有了夏威夷之下的超低速区的图像，团队就可以从可能的地幔柱根部收集更多罕有的物理证据。 他们对夏威夷地下致密的、富含铁的岩石的观察可能支持着一些来自地表发现。夏威夷喷发的玄武岩具有异常的同位素特征，这可能指向着早期地球的起源或来自地核的渗漏，也就是说，一定是一些堆积在底部的致密物质被带到了表面。 接下来，科学家还需要对更多核-幔边界成像，从而了解是否所有的地表热点之下，都存在着类似的致密物质的区域。
迷人又复杂的地球深处
研究的观测结果带来了越来越多的证据，它们都向我们展示着，地球内部实际上和表面一样复杂而多变。
这些超低速区是地球深处最复杂的特征之一，如果继续扩大搜索范围，我们可能会在核-幔边界发现更复杂的景观，无论是结构还是化学构成。
团队现在计划应用他们的技术进一步提高核-幔边界其他区域的成像分辨率，并绘制出更多区域。最终，他们希望能绘制整个核-幔边界的地质景观，了解这里与我们星球的动态和演化历史的联系。
#创作团队：
编译：Gaviota排版：雯雯，MJJ
#参考来源：
https://www.cam.ac.uk/research/news/scientists-see-puzzling-features-deep-in-earths-interior#图片来源：
封面图：pxhere首图：pixabay
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