撰文：斯蒂芬妮·帕帕斯                 2024年8月22日

新的研究表明，地幔，即夹在地核和地壳之间的层，充满了减缓地震波的区域。（图片：Anotherhood by Getty Images）

新的研究发现，地幔深处地震波缓蠕动的神秘区域，实际上可能无处不在。

科学家们已经知道，超低速区（ULVZ）徘徊在热点附近——地幔中热岩向上移动的区域，形成夏威夷等火山岛链。但神秘的地震波表明，这些特征可能很普遍。

ULVZ位于靠近地核-地幔边界的下地幔中，可以将地震波减缓高达50%。犹他大学的地质学家和地球物理学家迈克尔·索恩说，这太了不起了。

索恩告诉《生活科学》杂志：“这是我们在地球上任何地方看到的最极端的特征之一，我们不知道它们是什么，它们来自哪里，它们是由什么组成的，[或]它们在地球内部扮演什么角色。”

索恩在8月10日发表在《AGU Advances》杂志上的这项新研究发表时，并没有想到超低速区。相反，他被另一个地幔之谜所吸引。非常大的地震，比如发生在俯冲带的地震，一个构造板块在另一个板块下滑动，会释放出强大的波。其中一些所谓的PKP波穿过地幔、液态外核，然后再次穿过地幔，从它们起源的地方到达地球的另一侧。这些波有时会出现另一种奇怪的波，称为PKP波前兆。

前体PKP波在散射掉地球下地幔中的神秘特征后，先于主波到达。为了识别这些特征，索恩和他的同事们对穿过地幔计算机模型的PKP波进行了建模，并在其中添加了改变波速度的区域。他们发现了PKP波速度变化的可预测模式。

因此，该团队在真实的地震数据中寻找类似的模式。研究人员使用了2008年至2022年间发生在新几内亚附近的，58次5.8级以上深地震的数据。这些地震波穿过地核，到达北美，在那里被EarthScope记录下来，EarthScope是一个在2003年至2018年期间，在美国各地部署的便携式地震监测器项目。

索恩说，这些发现表明，有什么东西在显著减缓地震波的速度，以分散它们的能量。两个可能的候选者是沿着波传播的地核-地幔边界的山谷和山脊，即ULVZ。波经过的西太平洋下的地核-地幔边界，被认为是平滑的。但之前的研究发现，在菲律宾以东的西太平洋下有一个大型的地核-地幔边界的山谷和山脊，与研究区域重叠。

研究人员在其他地方寻找时也发现了地核-地幔边界的山谷和山脊的特征。该研究发现，在北美，似乎有更小的超低的地核-地幔边界的山谷和山脊补丁。索恩说，其他研究发现，北非、东亚、巴布亚新几内亚和太平洋西北部地下，有地核-地幔边界的山谷和山脊的迹象。

新的研究发现，地幔中的巨浪可能会使大陆上升。一些研究人员推测，地核-地幔边界的山谷和山脊，可能是地球早期流星撞击的巨大撞击物的残骸。然而，索恩说，如果地核-地幔边界的山谷和山脊广泛存在，这表明它们今天正在积极产生。他怀疑这些区域可能是火山岩玄武岩的区域，形成于海底分散的大洋中脊。当这种大洋中的玄武岩最终被俯冲带拉入地幔时，它很容易融化，并可能在地震波减缓的地方形成口袋。然后，这些口袋可能会被其他俯冲地壳板块推到地幔周围，这些板块会像搅拌棒一样刺入地球内部。

更好地了解这些地核-地幔边界的山谷和山脊，可以提高地质学家对火山热点以及地幔移动方式的掌握。

索恩说：“有很多悬而未决的问题，我们还没有答案。”