芝加哥大學(xué)科學(xué)家的一項新研究表明，在上地幔的最底部，可能有一層令人驚訝的流體巖石環(huán)繞著地球。

這一發(fā)現(xiàn)是通過測量斐濟(jì)附近太平洋發(fā)生深地震后GPS傳感器在島嶼上記錄的揮之不去的運動得出的。該研究于22月<>日發(fā)表在《自然》雜志上，展示了一種測量地幔流動性的新方法。

“盡管地幔構(gòu)成了地球的最大部分，但我們?nèi)匀挥泻芏嗖涣私獾牡胤剑?rdquo;芝加哥大學(xué)地球物理學(xué)家，該研究的主要作者Sunyoung Park說。“我們認(rèn)為，通過使用這些深度地震作為探索這些問題的一種方式，我們可以學(xué)到更多東西。

地幔之謎

令人驚訝的是，我們對腳下的地球知之甚少。任何人設(shè)法挖掘的最遠(yuǎn)距離大約七英里半，然后不斷增加的熱量真正融化了鉆頭。因此，科學(xué)家們不得不使用諸如地震波如何移動之類的線索來推斷構(gòu)成行星的不同層，包括地殼，地幔和核心。

讓科學(xué)家感到困惑的一件事是精確測量地幔層的粘度。地幔是地殼下方的層。它由巖石制成，但在該深度的強烈溫度和壓力下，巖石實際上變得粘稠 - 像蜂蜜或焦油一樣緩慢流動。

“我們想知道地幔流動的速度，因為這會影響整個地球的演化 - 它會影響地球保留多長時間的熱量，以及地球物質(zhì)如何隨著時間的推移循環(huán)，”Park解釋說。“但我們目前的理解非常有限，包括很多假設(shè)。

Park認(rèn)為，可能有一種獨特的方法可以通過研究非常深地震的后果來測量地幔的特性。

我們在新聞中聽到的大多數(shù)地震都相對較淺，起源于地球的頂層地殼。但偶爾，地震起源于地球深處 - 地下450英里。這些地震不如淺地震得到充分研究，因為它們對人類住區(qū)的破壞性不大。但是因為它們深入到地幔中，Park認(rèn)為它們可能會提供一種理解地幔行為的方法。

Park和她的同事研究了2018年在斐濟(jì)海岸發(fā)生的一次特別的地震。地震震級為8.2級，但它非常深 - 350英里(560公里) - 沒有造成任何重大損失或死亡。

然而，當(dāng)科學(xué)家們仔細(xì)分析附近幾個島嶼的GPS傳感器數(shù)據(jù)時，他們發(fā)現(xiàn)地震結(jié)束后地球一直在運動。

數(shù)據(jù)顯示，在地震后的幾個月里，地球仍在移動，在擾動之后穩(wěn)定下來。即使多年后，湯加仍在以每年約1厘米的速度緩慢下降。

“你可以把它想象成一罐蜂蜜，當(dāng)你把勺子浸入其中后，它會慢慢恢復(fù)水平 - 除了這需要數(shù)年而不是幾分鐘，”Park說。

這是對深地震后變形的首次可靠觀測;這種現(xiàn)象以前在淺層地震中已經(jīng)觀察到，但專家認(rèn)為這種影響太小，無法在深地震中觀察到。

Park和她的同事利用這一觀察結(jié)果推斷了地幔的粘度。

通過研究地球如何隨著時間的推移而變形，他們發(fā)現(xiàn)了一個大約50英里厚的層的證據(jù)，該層比地幔的其余部分更粘稠(即“更流淌”)，位于上地幔層的底部。他們認(rèn)為這一層可能會延伸到整個地球。

這個低粘度層可以解釋地震學(xué)家的其他一些觀察結(jié)果，這些觀察表明存在“停滯”的巖石板，它們不會移動太多，位于上地幔底部的相同深度。“很難用模型重現(xiàn)這些特征，但這項研究中發(fā)現(xiàn)的薄弱層使得這樣做更容易，”Park說。

它還對地球如何隨著時間的推移在地殼、核心和地幔之間傳輸熱量、循環(huán)和混合物質(zhì)產(chǎn)生影響。

“我們真的很興奮，”Park說。“這種技術(shù)還有很多東西需要發(fā)現(xiàn)。”

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