科学家在地核附近发现了意想不到的广泛结构

马里兰大学的地球物理学家分析了数以千计的地震波、声波在地球上传播的记录，以识别从地球熔融的核心和其上方的固体地幔之间的边界发出的回声。回波揭示了比之前所知的更广泛的、不均匀的结构-核幔边界上异常致密的热岩区域。科学家们不确定这些结构的组成，之前的研究只提供了有限的观点。更好地了解它们的形状和范围有助于揭示地球深处发生的地质过程。这些知识可能会为板块构造的运作和我们星球的演化提供线索。

这项新的研究首次以如此详细的分辨率提供了大范围内核-地幔边界的全面视图。这项研究发表在2020年6月12日的“科学”杂志上。

研究人员将重点放在太平洋盆地下方传播的地震波的回波上。他们的分析揭示了南太平洋马尔科萨斯火山群岛下以前不为人知的结构，并表明夏威夷群岛下的结构比之前所知的要大得多。

UMD地质学系博士后研究员、这篇论文的主要作者多延·金(Doyeon Kim)表示：通过一次观察数千个核-地幔边界回声，而不是像往常那样一次只关注几个，我们获得了一个全新的视角，多延·金(Doyeon Kim)是这篇论文的主要作者，他是UMD地质系的博士后研究员。这向我们表明，核-地幔边界区域有很多能够产生这些回声的结构，这是我们以前没有意识到的，因为我们的视野很窄。

地震在地球表面下产生的地震波传播数千英里。当波遇到岩石密度、温度或成分的变化时，它们会改变速度、弯曲或散射，产生可以检测到的回波。来自附近建筑物的回声到达得更快，而来自较大建筑物的回声则更响亮。通过测量这些回波到达不同位置的地震仪时的强度和幅度，科学家可以开发出隐藏在地表下的岩石物理特性的模型。这一过程类似于蝙蝠通过回声定位来绘制环境地图的方式。

在这项研究中，金和他的同事们寻找一种特殊类型的波，称为横波，当它沿着核-地幔边界传播时产生的回声。在被称为地震图的单次地震记录中，来自衍射横波的回波可能很难与随机噪声区分开来。但是，同时查看许多地震的许多地震图可以揭示相似之处和识别隐藏在数据中的回波的模式。

研究人员使用一种名为Sequencer的软件，分析了1990年至2018年太平洋盆地周围发生的数百次6.5级以上地震的7000张地震图。测序仪是由约翰·霍普金斯大学和特拉维夫大学的这项新研究的合著者开发的，目的是在遥远的恒星和星系的辐射中寻找模式。当应用于地震的地震图时，该算法发现了大量的横波回波。

地球科学中的机器学习正在迅速发展，像Sequencer这样的方法使我们能够系统地探测地震回波，并对地幔底部的结构有新的见解，这些结构在很大程度上仍然是谜一样的，金说。

UMD的地质学副教授、这项研究的合著者韦德兰·莱基奇(Vedran Lekic)说，我们在大约40%的地震波路径上发现了回声。这是令人惊讶的，因为我们预计它们会更加罕见，这意味着核幔边界的异常结构比之前想象的要广泛得多。

科学家们发现，夏威夷下方核幔交界处的大片非常致密的热物质产生了独特的巨大回声，表明它甚至比之前估计的还要大。这种地块被称为超低速区(ULVZ)，发现于火山柱的根部，在那里热岩从该地区升起，形成火山岛。夏威夷下面的ULVZ是已知的最大的。

莱基奇说：我们很惊讶地在马克萨斯群岛下面发现了一个我们以前都不知道存在的大地貌。这真的很令人兴奋，因为它展示了Sequencer算法如何帮助我们以一种我们以前无法做到的方式将全球的地震图数据关联起来。更多信息：测序地震图：核幔边界区域散射的全景图科学(2020)。.org/cgi/doi…。1126/Science.aba8972