地下2900千米深处的异常信号

核幔边界（core-mantle boundary, CMB）是地球内部极其重要的区域。流体外核和固体下地幔之间的相互作用，直接影响到地球的热量传输、地磁场变化以及深部动力学过程。但是，一直以来，科学家对于核幔边界是如何随时间演化的仍知之甚少。

在一项新发表于《地球物理研究快报》的研究中，一个研究团队基于GRACE（重力测量和气候实验）卫星的观测，发现大约20年前，在距离地表数千公里、靠近地核的物质，曾经历过一次神秘的变化。而这一变化可能源于核幔边界附近部分岩石结构的转变，使其密度增加。

这一发现之所以成为可能，是因为这类地质变化会改变地球的重力场。而GRACE卫星可以探测到这种变化。

探测重力的卫星

GRACE卫星于2002至2017年间绕地球运行，由两颗一前一后、相隔约220千米飞行的卫星构成。这个卫星系统能探测到小于每秒1微米的相对速度变化，通过监测两颗卫星之间的距离变化，就可以推算重力。

（图/NASA）

当GRACE卫星飞过像高大山脉这样的巨大质量体时，前方的卫星会先感受到额外重力的作用并加速，从而稍微拉开与后方卫星的距离。这种细微变化可以被精确测量，并与重力的变化对应起来。利用GRACE卫星间距的变化，并结合其他观测模型，科学家可以监测地球表面水体的分布、冰盖的质量损失、海底压力的波动以及海平面的升降。

然而，GRACE的探测能力远不止于此。此前，地球物理学家Isabelle Panet就曾利用GRACE的探测数据，捕捉到大地震之前发生在数百千米深处的质量变化。这让她意识到，这对卫星或许能探测到更深的层次——深入到接近2900千米深处的核地幔边界。

2007年东大西洋的异常信号

于是，她与研究团队查阅了GRACE卫星在2003–2015 年间的数据，分析了地球重力场在时空上的变化，寻找大尺度的“瞬态（短期）重力变化”信号。

在这些数据中，他们发现了一个异常信号：在2007年1月左右，东大西洋出现了一个异常的南北方向的重力信号，这个信号在几个月到几年内发生了变化。

经过排查，他们发现这一信号无法仅用地表水体质量变化来解释。而是可能来自更深的地方，至少有一部分必须源自地幔最底部，即位于核幔边界处。

地幔深处的矿物变身假说

研究人员联想到，就在这种重力异常出现的同一时期，曾有科学家利用观测地球磁场变化的卫星，探测到2007年左右在同一区域发生的一些地磁扰动。

因此，研究人员认为，最新的重力异常信号，或许能与之前对磁场变化的观测联系在一起，形成一个连贯的解释。

在这种假设下，研究团队提出，这一信号可能与地幔底部的一种矿物变化有关：即那里的钙钛矿在地球深处的巨大压力下发生了结构重排，转变为后钙钛矿相。这一转变又会反过来导致这一区域的岩石密度增大、质量增加。

随后，邻近岩石的位置发生了轻微移动，质量被重新分布。这种变化逐渐扩散，最终可能影响到核幔边界，使其形状在大约2年的时间里发生了“分米级”的起伏。核幔边界上哪怕出现如此细微的变化，也可能改变地核中的液体流动，并以奇异的磁场信号表现出来。

地球动力学的线索

这是一项利用卫星探测的重力和磁场数据，间接捕捉地幔深部动力学的研究。它的核心结论是，地球深处的质量重新分布，可能会在几年内引起可测量的重力和地磁变化。

这项研究将有助于科学家更深入地理解地球各层之间的联系——从脆弱的地壳，到坚固的地幔，再到部分液态的地核。这些层之间的相互作用，不仅关系到大地震的起源，也决定着地球如何维持磁场，从而抵御太阳风暴等外部威胁。

不过，研究人员表示，他们给出的解释仍然只是推测，还需要更多研究来加以验证。目前，研究人员在卫星数据中尚未发现除2007年以外的其他大规模重力异常。但他们计划持续监测 GRACE的后续卫星的数据，以便探寻地球深处是否还存在其他神秘的变化。

##参考来源：

https://www.nature.com/articles/d41586-025-03007-6

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2025GL116408

#图片来源：

封面图&首图：NASA