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地球物理学家利用一种新的高分辨率地震模型，在地球地幔深处发现了意想不到的结构，在本不应该发生俯冲的地区发现了类似于俯冲构造板块的结构。 这一发现表明地幔中可能含有远古或富含铁的物质，对现有理论提出了挑战，并强调了进一步研究地球内部动力学的必要性。
没有人能够看到地球内部，也没有人能够钻到足够深的地幔--介于地核和最外层刚性层岩石圈之间的地幔--采集岩石样本。 在这些深度测量温度和压力也是不可能的。 为了克服这些挑战，地球物理学家依靠间接方法来研究我们脚下深处的情况。
其中一个关键方法是分析地震波图，即地震波记录。 通过测量这些地震波在地球上传播的速度，科学家可以推断出地球内部结构的细节。 这一过程类似于医生在不开刀的情况下使用超声波来创建体内器官、肌肉或静脉的图像。
工作原理如下：地震发生时，地震波从震中向四周辐射。 这些地震波在地球上传播时，可能会发生折射（弯曲）、衍射（在障碍物周围传播）或反射（反弹）。 这些波的速度不仅取决于波的类型，还取决于它们穿过的材料的密度和弹性。 世界各地的地震台站记录着这些波，地球物理学家可以对数据进行分析。 从这些记录中，科学家可以推断出地球的内部结构、组成以及地球深处发生的动态过程。
研究人员利用新模型发现了地球下地幔中地震波传播速度较慢（红色）或较快（蓝色）的区域。 位于西太平洋的大片蓝色区域（图片中心右上方）以前是未知的。 图片来源：Sebastian Noe / ETH Zurich
地球科学家利用地震记录确定了整个地幔中沉没的构造板块的位置。 他们总能在预期的位置找到它们：在一个被称为俯冲带的区域，两个板块在这里交汇，其中一个板块俯冲到另一个板块之下，进入地球内部。 这有助于科学家研究板块构造周期，即地球表面板块在地球历史上的出现和毁灭。
不应该有板块残留的地方
然而现在，来自苏黎世欧洲地球物理学院和加利福尼亚理工学院的地球物理学家组成的研究小组有了惊人的发现：利用新的高分辨率模型，他们在地球内部发现了更多看起来像被淹没的板块遗迹的区域。 然而，这些区域并不在预想中的位置；相反，它们位于大洋之下或大陆内部--远离板块边界。 此外，也没有地质证据表明那里曾经发生过俯冲。 这项研究最近发表在Scientific Reports杂志上。
他们的建模方法的新颖之处在于，联邦理工学院的研究人员不仅仅使用一种地震波来研究地球内部结构，而是使用所有地震波。 专家将这一过程称为全波形反演。 这使得模型的计算量非常大，因此研究人员使用了卢加诺 CSCS 的 Piz Daint 超级计算机。
太平洋下面是否有一个失落的世界？
第一作者、苏黎世联邦理工学院地质研究所博士生托马斯-舒腾（Thomas Schouten）说："显然，地幔中的这种区域比以前想象的要广泛得多。"
新发现的地幔带之一位于西太平洋地下。 然而，根据目前的板块构造理论和知识，那里不应该有来自俯冲板块的物质，因为在最近的地质历史中，附近不可能有俯冲带。 研究人员并不确定其中涉及的物质是什么，以及这对地球内部动力学意味着什么。"这就是我们的困境。 通过新的高分辨率模型，我们可以看到地幔中随处可见这种异常现象。 但我们并不清楚它们到底是什么，也不清楚是什么物质创造了我们所发现的模式"。
ETH 教授安德烈亚斯-菲希特纳（Andreas Fichtner）说："这就好比一位医生几十年来一直使用超声波检查血液循环，他发现动脉就在他期望的地方。如果你给他一个新的、更好的检查工具，他就会突然发现臀部有一条并不属于那里的动脉。 这正是我们对新发现的感受。" 他在自己的研究小组中开发了这个模型，并编写了代码。
从波中提取更多信息
到目前为止，研究人员只能进行推测。舒腾说："我们认为，下地幔中的异常现象有多种来源。 他认为，它们有可能并不像之前假设的那样，只是在过去两亿年中发生俯冲的冷板块物质。这可能是自约 40 亿年前地幔形成以来就存在的古老的富含二氧化硅的物质，尽管地幔发生了对流运动，但这些物质仍然存活了下来；也可能是数十亿年来地幔运动的结果，导致富含铁的岩石堆积的区域。"
对于这位博士生来说，这首先意味着需要用更好的模型进行更多的研究，以了解地球内部的更多细节。这位地球科学家说："我们用于模型的波基本上只代表一种特性，即它们在地球内部的传播速度。 然而，这并不能反映地球复杂的内部结构。我们必须计算不同的材料参数，这些参数可以产生观测到的不同类型的波速。 从根本上说，我们必须深入研究波速背后的材料特性。"
编译自/scitechdaily
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