很多人都知道，地球有三（或四）層，它們是地殼、地幔和地核，而地核又可以細(xì)分為內(nèi)核和外核。雖然這種認(rèn)知并沒(méi)有錯(cuò)，但它卻遺漏了科學(xué)家們?cè)诘厍騼?nèi)部發(fā)現(xiàn)的其它幾層。
近日在《科學(xué)》雜志上發(fā)表的一項(xiàng)研究中，美國(guó)普林斯頓大學(xué)的地球物理學(xué)家們，通過(guò)采集玻利維亞的一個(gè)巨大地震的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了位于地表660公里下面的山脈和其它地形結(jié)構(gòu)，它們將地幔分割成上地幔和下地幔兩部分。由于目前還沒(méi)有對(duì)這一新發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)層進(jìn)行正式命名，研究人員將之簡(jiǎn)單地稱為“660公里的邊界”。
為了深入研究地球的構(gòu)造，科學(xué)家們使用了地球上最強(qiáng)大的波，這些波由大地震產(chǎn)生。研究人員稱，他們想要一場(chǎng)大而深的地震讓整個(gè)地球震動(dòng)。這是因?yàn)?，大地震比小地震的威力要大得多，里氏震?jí)每上升一步，能量就會(huì)增加30倍，而深地震不會(huì)將能量消耗在地殼中，而是能讓整個(gè)地幔動(dòng)起來(lái)。研究人員表示，他們最好的數(shù)據(jù)來(lái)自7.0級(jí)或更高級(jí)別的地震，因?yàn)樗鼈兿蚋鱾€(gè)方向發(fā)出的沖擊波可以穿過(guò)地核到達(dá)地球的另一端，然后再返回。在這項(xiàng)研究中，關(guān)鍵數(shù)據(jù)來(lái)自1994年玻利維亞發(fā)生8.2級(jí)地震（有記錄以來(lái)的第二大深源地震）后的海浪。
地震學(xué)家和數(shù)據(jù)科學(xué)家使用強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，包括普林斯頓大學(xué)的Tiger超級(jí)計(jì)算機(jī)集群，來(lái)模擬地球深處復(fù)雜的散射波行為。這項(xiàng)技術(shù)依賴于波的一個(gè)基本特性：它們的彎曲和反彈能力。就像光波通過(guò)棱鏡時(shí)能從鏡子上反射或彎曲（折射）一樣，地震波直接穿過(guò)均質(zhì)巖石，但遇到任何邊界或粗糙度時(shí)就會(huì)反射或折射。
我們知道，幾乎所有的物體都有表面粗糙度，因此會(huì)散射光線，科學(xué)家們通過(guò)研究散射波來(lái)分析有關(guān)表面粗糙度的信息。在這項(xiàng)研究中，科研人員研究了在地球內(nèi)部傳播的散射地震波，發(fā)現(xiàn)了“地球660公里的邊界”。研究人員驚訝地發(fā)現(xiàn)，這個(gè)邊界非常粗糙，甚至比我們生活的表層還要粗糙。用他們的話來(lái)說(shuō)，就是在660公里的邊界線上，有著比落基山脈或阿巴拉契亞山脈更強(qiáng)的地形。這個(gè)邊界的粗糙度也不是均勻分布的，地球的深層和我們?cè)诘乇碛^察到的一樣復(fù)雜，正如地殼表面有平滑的海底和巨大的山脈，“660公里的邊界”也有粗糙的區(qū)域和平滑的斑塊。
那么，這項(xiàng)新的發(fā)現(xiàn)意味著什么呢？“660公里的邊界線”對(duì)于理解我們的星球是如何形成并繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)有著重要的意義。這一層將占地球體積84%的地幔分為上下兩部分。多年來(lái)，地球科學(xué)家一直在爭(zhēng)論這個(gè)界限到底有多重要。他們研究熱量是如何在地幔中傳播的，那么熱巖石是如何從地核-地幔邊界（大約2000英里以下）順利地向上移動(dòng)到地幔頂部的，還是這種轉(zhuǎn)移在這一層中斷了呢。一些地球化學(xué)和礦物學(xué)證據(jù)表明，上地幔和下地幔在化學(xué)上是不同的，這支持了這兩個(gè)部分在熱和物理上不混合的觀點(diǎn)。另一些觀測(cè)結(jié)果表明，上地幔和下地幔之間沒(méi)有化學(xué)差異，這導(dǎo)致一些人提出所謂的“混合良好的地幔”，即上地幔和下地幔參與相同的傳熱循環(huán)。
但是，這一新的發(fā)現(xiàn)為這個(gè)問(wèn)題提供了深入的見(jiàn)解。研究人員的數(shù)據(jù)表明，這兩種觀點(diǎn)可能都有一部分是對(duì)的?！?60公里的邊界線”較平坦的區(qū)域可能是由于更徹底的垂直混合，而較粗糙的山區(qū)可能是由于上地幔和下地幔不混合而形成的。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，存在于大尺度、中尺度和小尺度上的粗糙度，理論上可能是由熱異?；蚧瘜W(xué)異質(zhì)性引起的?；跓崃吭诘蒯?nèi)部的傳輸方式，任何小規(guī)模的熱異常都會(huì)在100萬(wàn)年之內(nèi)被消除，這只留下化學(xué)差異來(lái)解釋他們發(fā)現(xiàn)的小尺度粗糙度。
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