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    文章来源:临邑县 发布时间:2019-09-19 06:41:03  【字号:      】

    这下,地幔 混合对流模式有了“实锤”|地幔|对流|下地幔_新浪科技_新浪网

    起源:科技日报

    “上天入地”是人类的幻想。不久之前,嫦娥四号已经在月球背面着陆,摸索深空的奥妙;而地球科学工作者也一直致力于揭示地球内部的机密。

    近日,中国科学院测量与地球物理研讨所倪四道等研讨人员经过长期研讨,发明了地幔混杂对流的主要证据,为揭示地球深部机密供给了新线索。

     不断“进化”的地幔对流模式

    上地幔下沉并达到地幔深处,下地幔热注上涌达到地表

    基于地震波在地球内部传布速度的变更,地球固体表面以下划分为地壳、地幔和地核三个圈层。如果把它们比作溏心的鸡蛋,那么地幔就是固体的蛋白部分。地幔的厚度达2800多千米,其质量约占地球总质量的67%。依据地震波波速的变更,又可把地幔分为上地幔和下地幔两层,地幔在大约410千米、660千米的深度有两个界面,410千米以浅的部分是上地幔,660千米以深的部分为下地幔,410千米与660千米之间的部分称为地幔过渡带。

    众所周知,地球存在板块活动。“板块活动是地幔活动在地表的表示情势。因地幔对流是板块活动的重要驱动机制,科学家们一般又称板块活动为地幔对流。”中国科学技巧大学地球和空间科学学院地球动力学专家冷伟教授告知科技日报记者,地幔对流的下边界是核幔边界,深度在2900千米左右,由于地核比地幔热很多,这相当于下地幔坐落于火炉之上,因此不断会有热柱上涌。

    地幔对流有两种表示情势:一种是上地幔的冷板块下沉插入地幔,并达到地幔深处;另一种是下地幔的热柱上涌达到地表。“但是,一直以来,地幔对流模式都存在争议。”冷伟说。

    最初,地球化学家以为地幔对流只产生在上地幔。他们发明地表的观测成果显示下地幔中保存有几十亿年前原始地幔的残留物质,这就阐明至少部分下地幔并没有参与全地幔对流,即使参与地幔对流,也只是在下地幔内部进行。

    上世纪90年代末,更多的证据表明,地幔对流不只存在于上地幔。科学家基础确认,俯冲的板块确定能进入下地幔,相应的,地幔热柱也可以穿过地幔过渡带达到地表。“全地幔对流确定存在,也被科学家普遍接收。”冷伟说。

    然而,这就很难说明地球化学家的疑问,为什么下地幔中会保存有原始地幔的残留物质?

    为懂得决这个问题,地幔对流模式又进一步往前,演变出了地幔混杂对流模式。新的模式以为,虽然俯冲板块可以穿过地幔过渡带进入下地幔,地幔热柱也可以从下地幔穿过地幔过渡带进入上地幔,但是这种穿过只在局部产生,也就是说有的处所是全地幔对流,有的处所高低地幔之间可能还有比拟强的阻隔,并没有产生对流。

    地幔间断面存在小标准起伏

    有些区域地幔分层对流、有些区域高低地幔整体对流

    倪四道等人的研讨为地幔混杂对流模式供给了新证据。他们首次发明了非对称路径660千米间断面散射波震相,揭示了地幔660千米间断面的小标准起伏特点。这一发明难以用全地幔对流或高低地幔分层对流模式说明,而支撑地幔混杂对流模式,即有些区域地幔分层对流、有些区域高低地幔整体对流。

    “当地震波遇到比拟光滑的界面时,会产生反射现象,且反射后的地震波沿着与入射波对称的方向传布,这就像一束光照到镜面上会往特定方向反射一样。”倪四道告知记者,但是当界面比拟粗糙时,地震波则可能沿着各个不同的方向反射,这被称为漫反射或者散射,此时入射波和散射波不再坚持对称的关系。

    “非对称路径660千米间断面散射波震相”是一种地震波在660千米界面上的散射波,它表明660千米界面存在必定粗糙度。“在我们的研讨中,没有观测到410千米界面的散射波,而是观测到了660千米界面的散射波,因此我们以为410千米界面比拟光滑,660千米界面比拟粗糙,也就是存在小标准起伏。”倪四道说。

    事实上,如果高低地幔物质均一,就不太容易呈现这种起伏。如果呈现起伏阐明高低地幔之间可能存在化学界面。因此,研讨人员提出410千米界面重要成因在于相变,660千米界面的成因则不完整为相变面,在一些区域还应当是化学界面,而其他区域化学分层不显明,存在化学界面就阐明存在高低地幔整体对流。毫无疑问,这项研讨结果支撑了地幔混杂对流模式。国际著名学者克里斯廷·豪泽(Christine Houser)在《科学》观点栏目撰文评价说:“这项研讨结果可以辅助答复地球演变的基本性问题。”

     “杀手”地震是个千里眼

    地幔内部的元素散布、化学异常体构造等仍存争议

    地幔对流到底是怎样活动起来的?活动的原因是什么?活动的成果是什么?科学家在答复这些问题时,会用到哪些方式呢?

    对此,冷伟表现,研讨这些问题,我们须要用到数值模仿的方式,通过数值模型应用高性能盘算机来模仿地球内部的活动是什么样子。但是,这些模仿最终都须要通过各种观测来证实,也就是检验模型是否能说明地球内部活动的实际状况。

    地震学也是研讨地幔对流常用的方式。通过地震波我们既可以看到俯冲板块向下活动所达到的地位、如何穿过界面、达到核幔边界堆积的形态是什么样,也可以看到地幔热柱来源于哪儿、上升的形态是什么样等等。地震学是一种直接观测形态的方式。

    此外,还有一种方式是化学地球动力学,也就是通过追踪地表元素迁移,来推测地球内部的活动。“这三种方式中,数值模仿方式是目前应用最多的方式。”冷伟说。

    倪四道也表现,研讨地幔对流的方式有多种,包含地球动力学数值模仿、试验室物理模仿、高温高压试验测量矿物岩石的流变性质、地震波成像、地球化学剖析、大地测量学的大地水准面与重力场剖析等。其中,地震学在研讨地幔中施展着极为主要的作用,地震波具有穿透全球的优势,可以对地幔进行成像,探测地幔的纵向和横向的不均匀性。

    目前,地震学研讨表明,上地幔高度庞杂,下地幔相对简略,但下地幔的底部也非常庞杂。地幔在各个标准上均具有庞杂性。俯冲板块可以穿过地幔过渡带进入下地幔,地幔热柱也可以从下地幔穿过地幔过渡带进入上地幔,地震学者们基础取得了一致看法。但是,在具体的元素散布、内部化学异常体的构造与形成等问题上还存在争议,须要进一步研讨。




    (责任编辑:湖北省)

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