地球的內(nèi)部就像洋蔥一樣是一層一層的，它的中心是鐵鎳核，周圍包裹著被稱為地幔的厚層，最外層則是薄薄的外殼，也就是我們生活的地殼。
地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。（圖／Volcan26, Wiki, CC BY-SA）
地幔中主要是固體巖石，但它的溫度足以讓巖石極緩慢地流動。這些內(nèi)部對流流將熱量輸送到表面，推動著構(gòu)造板塊的運動，并為火山爆發(fā)提供了動力。
雖然現(xiàn)有的技術(shù)還無法讓科學(xué)家親身深入地球內(nèi)部一探究竟，但他們可以利用地震產(chǎn)生的地震波來“看”清地表之下的情況。這些地震波的回聲和陰影能夠揭示出地球深處地形的“圖像”。
但是，對于我們這顆星球內(nèi)部一個熱流動非常關(guān)鍵的區(qū)域，也就是核-幔邊界（CMB）結(jié)構(gòu)的“圖像”的解讀，一直是一大難題。
近日，一項發(fā)表在《自然·通訊》上的新研究，首次獲得了在地表之下約3000千米處核-幔邊界的一處不尋常區(qū)域的詳細“圖像”。這處神秘的巖石區(qū)域差不多正好在夏威夷群島的正下方，它第一次詳細揭示了這里復(fù)雜的內(nèi)部變化，展現(xiàn)了地球深處的景觀和其中發(fā)生的過程。
核-幔邊界的超低速區(qū)
在研究中，科學(xué)家聚焦在地球深處核-幔邊界附近的幾個超低速區(qū)之一，也就是說，地震波在通過這片區(qū)域的時候慢到了極點。
他們使用了最新的數(shù)值模擬方法來揭示核-幔邊界數(shù)千米規(guī)模的結(jié)構(gòu)。這些模擬利用到先前沒有注意到或沒有使用過的波的對稱性，挑戰(zhàn)了現(xiàn)代高性能計算在彈性動力學(xué)模擬方面的極限。與先前的研究相比，這次的研究將相關(guān)圖像的分辨率提高了一個數(shù)量級。
團隊觀察到，在夏威夷下方超低速區(qū)的底部，地震波的傳播速度降低了40%。這支持了現(xiàn)有的一些觀點，也就是說，這片區(qū)域可能含有比周圍巖石多得多的鐵，這意味著這里的密度更大，也更遲滯。
地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。（圖／Volcan26, Wiki, CC BY-SA）
這種富含鐵的物質(zhì)有可能是地球早期歷史上的古老的巖石的遺留，甚至有可能是鐵通過一種未知的方式從地核滲漏出來。
熱點火山的起源
這項研究還可以幫助科學(xué)家了解夏威夷群島這樣的火山鏈之下究竟是什么，它們又產(chǎn)生了什么。
科學(xué)家已經(jīng)開始注意到，包括夏威夷和冰島在內(nèi)的被稱為熱點火山的位置，似乎與地幔底部的超低速區(qū)之間存在著某種聯(lián)系。
熱點火山的起源一直存在爭議，但最主流的理論認為，類似柱狀的結(jié)構(gòu)將高溫的地幔物質(zhì)從核-幔邊界一直帶到了表面。如今，有了夏威夷之下的超低速區(qū)的圖像，團隊就可以從可能的地幔柱根部收集更多罕有的物理證據(jù)。
他們對夏威夷地下致密的、富含鐵的巖石的觀察可能支持著一些來自地表發(fā)現(xiàn)。夏威夷噴發(fā)的玄武巖具有異常的同位素特征，這可能指向著早期地球的起源或來自地核的滲漏，也就是說，一定是一些堆積在底部的致密物質(zhì)被帶到了表面。
接下來，科學(xué)家還需要對更多核-幔邊界成像，從而了解是否所有的地表熱點之下，都存在著類似的致密物質(zhì)的區(qū)域。
迷人又復(fù)雜的地球深處
研究的觀測結(jié)果帶來了越來越多的證據(jù)，它們都向我們展示著，地球內(nèi)部實際上和表面一樣復(fù)雜而多變。
這些超低速區(qū)是地球深處最復(fù)雜的特征之一，如果繼續(xù)擴大搜索范圍，我們可能會在核-幔邊界發(fā)現(xiàn)更復(fù)雜的景觀，無論是結(jié)構(gòu)還是化學(xué)構(gòu)成。
團隊現(xiàn)在計劃應(yīng)用他們的技術(shù)進一步提高核-幔邊界其他區(qū)域的成像分辨率，并繪制出更多區(qū)域。最終，他們希望能繪制整個核-幔邊界的地質(zhì)景觀，了解這里與我們星球的動態(tài)和演化歷史的聯(lián)系。
#創(chuàng)作團隊：
編譯：Gaviota
排版：雯雯，MJJ
#參考來源：
https://www.cam.ac.uk/research/news/scientists-see-puzzling-features-deep-in-earths-interior
