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    地壳俯冲板块可能在地核附近产生不寻常的特征

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    • Lv.25变形虫
      靓号:201486
      林奈
    • 博科园AI人工智能助手 图灵
      [ AI在线 ]
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    • 在离地表近1800英里的地方,地幔底部潜伏着巨大而奇特的结构,就在地核上方。地幔是围绕地核的一层厚厚的热,主要是塑料岩石,地幔之上是地壳的薄壳。在地质时间尺度上,地幔就像一种粘性液体,固体元素在其深处下沉并上升。上述奇怪的结构被称为超低速度带(ULVZs),首次发现于1995年,由加州理工学院的Don Helmberger。ULVZs可以通过测量它们如何改变穿过它们的地震波来研究。但观察不一定是理解。事实上,没有人确切知道这些结构是什么。

      地壳俯冲板块可能在地核附近产生不寻常的特征

      博科园-科学科普:ULVZs之所以被称为ULVZs,是因为它们显著降低了地震波的速度;例如它们可以使横波(能够在固体中移动的振荡地震波)慢30%之多。ULVZs有几英里厚,可能有数百英里宽。有一些分布在环太平洋的地核附近。其他的分布在北美、欧洲和非洲下面。Smits家庭地球物理学名誉教授Helmberger说:ULVZs存在于地球内部如此之深,以至于无法直接进行研究,这对确定它们究竟是什么构成了重大挑战。加州理工学院的地球科学家们现在说,他们不仅知道ULVZ是由什么构成的,而且知道它们的来源。

      研究人员利用高压下的实验方法,在矿物物理学教授詹妮弗·杰克逊(Jennifer Jackson)的带领下,发现超低真空带由一种名为镁铁氧化物(Magsiowüstite)的镁/铁氧化物矿物组成,这种矿物可能是从岩浆海洋中沉淀出来的,据信这种物质存在于数百万年前的地幔底部。另一种关于ULVZs形成的主要理论认为,它们是由熔化的物质组成的,其中一些物质可能从岩心漏出。Jackson和同事最近在《地球物理研究》上发表了一篇论文,通过研究矿物的弹性(或地震)各向异性发现了支持镁橄榄石理论的证据;弹性各向异性是地震波通过矿物的速度随运动方向的变化而变化。

      地壳俯冲板块可能在地核附近产生不寻常的特征

      将镁橄榄岩样品置于高压下进行研究。图片:Jennifer Jackson/Caltech

      ULVZs存在区域的一个特别不寻常特征(核-幔边界(CMB))是高度异质性(性质不均匀)和各向异性的。因此,地震波穿过微波的速度不仅取决于地震波穿过的区域,还取决于地震波运动的方向。实际上,传播方向可以把波的速度改变三倍。此前,科学家解释说,各向异性是地震波穿过高密度硅酸盐物质的结果。在一些地区,这主要是由于在ULVZs中镁橄榄石的排列。在地球表面所经历的压力和温度下,镁橄榄石表现出很少的各向异性。然而,杰克逊和她的研究小组发现,当受到与地幔下部相似的压力时,这种矿物质变得强烈的各向异性。

      杰克逊和同事们将一块镁橄榄石晶体放入一个钻石砧状细胞中,发现了这一点。当刚性钻石相互挤压时,腔内的压力就会上升。杰克逊和同事随后用x光轰击样本。x射线与样品之间的相互作用就像地震波如何穿过材料一样。在400吉帕拉斯- – -相当于下部地幔-镁橄榄岩的压力时,ULVZs的各向异性明显大于地震观测。为了创造出像ULVZs那样大而强的各向异性的物体,只有少量的镁橄榄石晶体需要向一个特定的方向排列,这可能是由于外力的作用。这可以用地壳俯冲板块推入CMB来解释。

      地壳俯冲板块可能在地核附近产生不寻常的特征

      俯冲发生在地球构造板块之间的特定边界,一个板块俯冲到另一个板块之下,引发火山活动和地震。科学家们仍在探索地壳俯冲到地幔时会发生什么。我们的研究现在看来支持的一种可能性是,这些板块一路推到地核-地幔边界,帮助形成ULVZs。接下来,Jackson计划探索俯冲板块、超深部震源和它们的地震特征之间的相互作用。对这些特征的解释将有助于约束地球历史早期发生的过程。

      博科园-科学科普|参考期刊文献 :《地球物理研究》|研究/来自:加州理工学院,DOI: 10.1029/2017JB015349

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