▲倪四道研究員在作學(xué)術(shù)報(bào)告

中國科學(xué)院測量與地球物理研究所倪四道研究團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)及國際同行開展合作，首次發(fā)現(xiàn)了非對稱路徑660千米間斷面散射波震相，揭示了地幔410及660千米間斷面的小尺度起伏特征，為地幔對流模式研究提供關(guān)鍵證據(jù)。

該研究成果于2月15日在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》(Science)以Report形式發(fā)表。國際著名學(xué)者Christine Houser在《科學(xué)》(Science)同期Perspective欄目撰文評述道:“該項(xiàng)研究成果可以幫助回答地球演化的根本性問題(The results may help to answer fundamental questions about Earth’s evolution)?！?/p>

板塊構(gòu)造學(xué)說是固體地球科學(xué)的基石，刻畫了巖石圈的基本運(yùn)動學(xué)特征，而地幔對流理論則為理解板塊運(yùn)動規(guī)律提供了動力學(xué)基礎(chǔ)。然而，長期以來，地幔對流模式的研究一直存在巨大的爭議，分歧主要集中于全地幔對流和上下地幔分層對流兩個模式。

近年來，還有一些學(xué)者提出了地幔混合對流模式猜想，即一些區(qū)域地幔分層對流、其它區(qū)域上下地幔整體對流。

倪四道研究團(tuán)隊(duì)基于溫度及化學(xué)成分對地幔間斷面各種橫向尺度起伏的不同控制作用，對間斷面的成因及地幔對流模式開展研究。

據(jù)了解，溫度異常及化學(xué)成分異常均可造成大尺度(1000千米)和中等尺度(100千米)的地幔間斷面起伏。但是，間斷面的小尺度(10千米)起伏，難以利用溫度異常解釋，而是主要反映了化學(xué)成分的變化。

中外研究人員對地幔間斷面的大中尺度起伏特征已經(jīng)有了深入的認(rèn)識，但是其小尺度起伏特征尚未見報(bào)道，也因此難以判定410/660千米間斷面的成因。

倪四道研究團(tuán)隊(duì)聚焦于地球內(nèi)部界面起伏探測方法，提出了非對稱路徑背向散射PKP波約束小尺度起伏的新方法。研究團(tuán)隊(duì)搜集了全球密集臺陣記錄到的深震波形，開展了慢度、偏振、到時、包絡(luò)形態(tài)等多震相特征分析，計(jì)算了系列理論散射地震圖、并與實(shí)測地震波形對比。

基于地震學(xué)的觀測與分析，研究團(tuán)隊(duì)提出410千米界面主要成因?yàn)橄嘧?，?60千米界面則不完全為相變面，在一些區(qū)域還應(yīng)該是化學(xué)分界面，在其它區(qū)域化學(xué)分層不明顯。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)難以用全地幔對流或分層對流模式解釋，而支持地幔混合對流模式。

▲410千米界面與660千米界面地幔對流示意圖

他們在論文中還建議科學(xué)家們開展地球動力學(xué)、地震學(xué)、地球化學(xué)等多學(xué)科交叉合作，有助于定量研究上下地幔物質(zhì)交換的效率，從而進(jìn)一步深化對地球動力學(xué)的理解。

文/文匯報(bào)駐鄂記者錢忠軍 圖/中國科學(xué)院測地所

作者:錢忠軍