许多地震学家和研究人员长期以来一直认为地球拥有一个流动性强且混合均匀的地幔。但根据荷兰乌得勒支大学研究人员的最新发现，这一理论可能需要一些修正。他们的证据来自于位于地表下1800英尺的构造板块“墓地”中的两块巨大的、尺寸堪比大陆的“失调”的地质岛屿。
他们的研究发表在1月22日的《自然》杂志上，其依据是发生大地震时产生的、使地球像巨大钟一样振动的声调。正如大学发布的公告所述，地震学家通过分析这些振动的声学特征来研究地球的内部。专家还可以根据区域是否“失调”或音量是否衰减来识别异常。
25多年前，研究人员发现，一些深层地球的回响指向了位于非洲和太平洋下方数百英里处的两个地下“超级大陆”的存在。当时，科学家们不确定这些位于地幔和地核边界附近的构造是暂时现象，还是已经存在了数百万甚至数十亿年。但他们确实知道是什么东西包裹着这两个神秘区域。
“这两块巨大的岛屿被‘俯冲’过程运送来的构造板块‘墓地’所环绕，”该研究的合著者、乌得勒支大学地震学家Arwen Deuss在周四的公告中解释道。俯冲过程中，一块构造板块会滑到另一块板块下方，将其从地表推入地下，深度可达近1900英尺。
这两个“次大陆”以及任何导致地震波减速的区域，被称为大型低地震波速省（LLSVPs）。声学减速发生的主要原因之一是LLSVPs与周围环境相比温度更高。Duess及其合作者关注LLSVPs“衰减”地震波的能力，指的是波穿过地球时发生的能量损失。他们特别关注了音调何时会变得失调，以及在传播过程中音量会变大还是变小。
“出乎我们的意料，我们在LLSVPs中几乎没有发现衰减，这使得那里的音调听起来非常响亮，”研究合著者Sujania Talavera-Soza解释道。“但在寒冷的板块墓地中，我们发现了大量的衰减，那里的音调听起来非常柔和。”
这与从上地幔收集到的读数形成对比，上地幔的读数符合预期——由于温度较高而导致波衰减。Talavera-Soza将这种差异比作在炎热或寒冷的天气中跑步。天气越热，跑步者比在温度较低时越容易减速和疲劳。
同事们建议，除了研究温度，还可以调查LSVP的矿物成分，特别是单个晶粒的大小。据Duess说，晶粒大小被证明“重要得多”。
Deuss解释说，板块墓地的LLSVPs由小晶粒组成，这些晶粒是在每次地质构造向下进入地球的过程中，矿物重新结晶后形成的。晶粒越小，晶粒数量就越多，它们之间的微小空隙也越多。任何穿过这些构造的声波在通过许多晶粒边界时都会损失能量，导致更多的衰减。但是，由于这两个LLSVPs的衰减很小，它们的晶粒尺寸必然要大得多。
更大的晶粒也意味着这些LLSVPs比研究人员最初假设的要古老得多——至少有5亿年的历史，甚至可能超过10亿年。这些矿物晶粒也更坚固，能够抵抗被称为地幔对流的地幔流动。
“毕竟，LLSVPs必须以某种方式能够承受地幔对流，”Talavera-Soza说道。
最近的发现与大多数地质学教科书中关于地幔高度流动和混合均匀的描述相矛盾。这种潜在的重大地震学修正，其影响远远超出了LLSVPs的成分、年龄或运动。了解这些巨大构造如何增长以及它们如何与周围环境相互作用，有助于更好地阐明地球的行星演化。它还对火山和山脉的内部运作具有启示作用。
“地球的地幔是驱动所有这些现象的引擎，”Duess说道，他以地幔柱为例。这些巨大的熔融物质团块从地球深处升起，就像熔岩灯里的流动一样。一旦接近地表，这些地幔柱就会引发火山喷发。
“我们认为，这些地幔柱起源于LLSVPs的边缘，”Duess说道。
