俯冲作用是驱动板块构造的核心机制。然而，最近发表在《科学报告》上的一项研究颠覆了科学家对地球内部的传统认知。一个国际研究团队通过高分辨率的地震波模子，在地幔中发现了多个意想不到的区域，这些区域疑似古老板块的遗迹，但它们的位置却令人费解——并非位于通常的板块边界，而是深藏于大洋之下或大陆内部。此外，这些区域周围并没有任何地质证据表明过去曾发生过俯冲作用。
地震波里的信息
地幔宛若是地球的“引擎”，它深藏于地球表面2890千米之下，其固态对流塑造了数十亿年来地球内部和表面的演变。然而，由于无法直接观察或采集样本，科学家只能通过间接手段探索地球深处。比方，地震层析成像是地球内部成像的一种主要方法，它利用地震波的传播速度推断地球内部结构，就像医生利用超声波成像技术查抄人体内部一样。
地震波在传播过程中会受到地球的热结构和化学结构的非均质性的影响，表现出波速异常。当地球震动时，地震波从震中向四周八方传播。它们在穿越地球时，会发生折射、衍射或反射。地震波的传播速度不仅取决于波的类型，还取决于它们穿过的物质的密度和弹性。通过记载波的这些变化，科学家就能推断出相关的地球内部结构和组成，并研究隐藏在地球深处的动态过程。
过去，科学家们借助地震记载，已经绘制出了构造板块在地幔中的分布图。这些板块总是在预料中的地方出现，即俯冲带——两个构造板块相遇，此中一个向下俯冲到另一个之下。这些发现资助科学家探索地球汗青上的板块构造周期，即地球表面的板块如何形成与消亡。
令人困惑的发现
然而，新的研究却带来了令人惊奇的发现。研究职员采用了一种创新的建模方法，可以使他们不再仅依赖单一的地震波，而是可以联合全部类型的地震波对地球内部进行成像。利用这种被称为“全波形反演”的技术，研究职员通不测揭示了下地幔中许多此前未被发现的波速异常区域。
许多这些新发现的未知异常位于主要的大洋和大陆内部之下，比方此中一处就位于西太平洋下方。然而，根据现有的板块构造理论和地质史，这些地方并不存在俯冲板块的大概性。目前，研究职员还无法确切解释这些异常背后的物质或机制。他们暂时无法确定这些物质的泉源，也不清楚它们对地球内部动力学意味着什么。这些异常现象让科学家们陷入了困惑。
研究职员利用一个新的模子揭示了在地球的下地幔中，地震波传播得更慢（红色）或更快（蓝色）的区域。西太平洋的大片蓝色区域（图像中央正上方）此前是未知的。（图/Sebastian Noe/ETH Zurich）
研究职员形容，这种感觉就像一位医生用超声波研究血液循环数十年，早已认识动脉的位置和分布。然而，当医生换上更先进的成像设备后，却不测发现臀部多出了一条不属于那里的动脉。这正是新发现带给科学家的冲击和挑战。
提取波中的秘密
目前，研究职员只能提出一些假设。他们认为下地幔的这些异常区域大概有多种泉源：大概它们并非之前假设的那样，仅仅是在过去2亿年间俯冲下来的冷板块物质。也大概它们是自大约40亿年前地幔形成以来就不停存在的古老的、富含二氧化硅的物质，尽管地幔中存在强烈的对流运动，这些物质仍奇迹般地保存至今。还有一种大概是，这些异常区域也大概是富含铁的岩石，在数十亿年的地幔运动中渐渐累积而成。
研究职员表示，若要进一步解开这些谜团，他们必要构建更好的模子并开展更深入的研究，以便更全面地相识地球内部的秘密。目前，他们的模子只能通过波速反映地球内部的单一属性。但地球的内部结构复杂得多，仅凭波速并不能充实描绘这种复杂性。接下来，他们必要盘算更多材料参数，来揭示这些波速背后的真实物质特性。
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封面图&首图：Sebastian Noe / ETH Zurich
来源：https://view.inews.qq.com/k/20250113A093Y700
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