全球研究揭示古代板塊構造造成地函變形

研究人員首次在行星尺度上繪製了地球深層地函如何經歷數百萬年前下沉的構造板塊所引起的變形的圖。對 24 個資料中心收集的超過 1,600 萬張地震圖的分析揭示了下地函約三分之二的地震各向異性模式，該層位於地核上方約 2,900 公里深。這些結果證實了長期以來的理論，並提供了這些深層結構如何使地球內部變形的第一個全球觀測證據。

前所未有的地球下地函測繪

由加州大學柏克萊分校研究人員領導的團隊編制了有史以來最大的地震資料集之一。這項工作檢查了大約 75% 的下地幔，分析了地震產生的地震波的多個階段，這些地震波沿著地幔傳播，穿過地核並返回地表。這種方法使得繪製數百公里距離內變形的分佈圖成為可能，從而提供了前所未有的地球內部視圖。

根據材料的方向和特性，剪切波以不同的速度傳播。這種方向變化稱為地震各向異性，是地函數百萬年來累積變形的直接指標。這項研究發表在與美國地震學會相關的《地震記錄》雜誌上，鞏固了現代地球物理學的一個重要里程碑。

收集的數據和確定的模式

• 分析的地震圖總量：超過 1,600 萬筆記錄
• 下地函涵蓋範圍：幾乎 75% 的研究區域
• 檢測到各向異性：大約三分之二的分析區域
• 涉及資料中心：全球24個機構
• 下地函深度：約2,900公里

變形模式在與古代俯衝構造板塊（沉入地球內部的板塊）相關的區域最為明顯。這些特定區域的各向異性集中顯示地表板塊運動與深層地函變形之間存在直接聯繫。地球動力學模型已經預測了這種關係，但新的測繪首次基於全球地震觀測提供了確認。

俯衝板塊與地函轉變

當構造板塊下降到地球內部時，它們會攜帶靠近地表時形成的結構。隨著時間的推移，極端的熱量和殘酷的壓力會改變礦物質並在材料中產生新的方向。這個過程不僅改變了板塊本身，也推動並重塑了板塊周圍的地幔，從而產生了研究人員觀察到的各向異性。

該研究的主要作者喬納森·沃爾夫（Jonathan Wolf）解釋說，人們已經很好地理解了上地函的變形是由移動板塊的拉力造成的。然而，在下地函中，卻缺乏類似的大規模認知。這項工作在這個方向上取得了重大進展，提供了將表面板塊的行為與地球深層過程聯繫起來的觀測證據。

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深度變形背後的機制

科學家考慮了兩個主要假設來解釋檢測到的各向異性。第一個顯示板塊保留了其表面相的化石各向異性，保持了過去的結構記憶。研究人員認為更有可能的是第二個，它指出了板塊下沉及其與核函邊界接觸過程中的劇烈變形。這個過程改變了礦物結構並產生了新的各向異性結構。

並非所有沒有明顯各向異性訊號的區域都必然沒有變形。在某些情況下，訊號可能太弱，目前的方法無法偵測到。研究人員強調，該資料集仍然是未來尋求更高分辨率和地函過程細節的研究的寶貴來源。

對陸地動力學的影響

地函透過與板塊運動密切相關的對流緩慢循環。這些洋流不僅使地表板塊發生位移，而且還在行星尺度上拉伸和扭曲了地函物質本身。該研究證實了長期存在的理論，並提供了觀測證據，加強了對地球長期動態的理解。

更了解這些深層過程有助於我們了解變形如何影響地球內部數百萬年來的熱和化學行為。使用同一資料集進行的其他研究可能會揭示有關地函流動模式及其與板塊構造關係的更多細節。這項工作強調了全球地​​震資料庫對於地球物理學持續進步和了解地球的重要性。