在地球近3000公里深处 固体岩石实际上在流动

这一发现源自苏黎世联邦理工学院实验矿物物理学专家村上元彦教授领导的一项新研究。该研究成果发表在《通讯：地球与环境》杂志上，为地球上最大的地质谜团之一带来了新的启示。

五十多年来，科学家们一直对地幔与地核边界附近一个被称为D”层的奇异区域感到困惑。该区域位于地幔下方约2700公里处，长期以来一直无法解释。地震波（由地震引发的地震波）穿过该区域时会突然加速，仿佛遇到了一种完全不同的物质。迄今为止，无人能解释其中的原因。

2004年，自2017年起担任苏黎世联邦理工学院教授的村上发现，地球下地幔的主要矿物钙钛矿在极端压力和极高温度下会在D”层附近转变成一种新的矿物，即所谓的“后钙钛矿”。

研究人员认为，这种变化解释了地震波的奇异加速现象。但这并非全部原因。2007年，村上和同事发现了新证据，证明钙钛矿的相变本身不足以加速地震波。

他们利用复杂的计算机模型，最终发现了一些重要信息：矿物的硬度会根据后钙钛矿晶体指向的方向而变化。只有当模型中所有矿物晶体都指向同一方向时，地震波才会加速——正如在2700公里深处的D”层观测到的那样。

在苏黎世联邦理工学院的一项非同寻常的实验室实验中，村上隆证实了后钙钛矿晶体在巨大压力和极端温度下会沿同一方向排列。为此，研究人员在实验中测量了地震波的速度，并能够在实验室中重现D”层发生的跃迁。“我们终于找到了谜题的最后一块拼图，”村上隆说道。

最大的问题是：是什么让这些晶体排列成一排？答案是沿着地幔下边缘水平流动的固体地幔岩石。长期以来，研究人员一直怀疑这种运动——一种类似沸水的对流——一定存在，但从未能够直接证明。

村上和他的同事们现在还通过实验证明，在地核和地幔的边界存在固体岩石的地幔对流，也就是说，固体（而非液体）岩石在这个深度缓慢但稳定地流动。“这一发现不仅解开了D层的谜团，也为了解地球深处的动力学打开了一扇窗户，”村上解释说。

这不仅是一个里程碑，更是一个转折点。固体岩石流动的假设已从理论转化为现实。“我们的发现表明，地球不仅在表面活跃，而且在深处也在运动，”这位苏黎世联邦理工学院的教授说道。

有了这些知识，研究人员现在就可以开始绘制地球最深层内部的电流图，从而看到驱动火山、板块甚至地球磁场的隐形马达。

编译自/ScitechDaily