拜罗伊特大学巴伐利亚实验地球化学和地球物理研究所的 Tomoo Katsura 教授和他的国际研究小组发现了地球内部岩石在 800 至 1200 公里深处突然变得更加粘稠的原因。研究人员发现，由于富含桥锰矿(硅酸盐钙钛矿)的岩石，地球下地幔在 800 至 1200 公里深处变得更加粘稠。这些岩石的粒度较大，会影响地球物理和地球化学过程。

造成这种变化的原因是富含桥锰矿的岩石，它们构成了大约 1000 公里以下的大部分地球下地幔。这些岩石的粒度比上面的岩石大得多，因此粘度很高。他们的研究结果发表在《自然》杂志上。MLZ 科学家尼古拉斯-瓦尔特（Nicolas Walte）博士是这次成功合作的一部分，也是这篇论文的共同作者。

布里德曼石（硅酸盐钙钛矿）是以诺贝尔物理学奖获得者珀西-布里德曼的名字命名的。它是地球下地幔中含量最丰富的矿物，下地幔深度从 660 千米延伸到 2900 千米都可以发现，约占整个地球的一半。来自德国、中国、法国、英国和美国的科学家们发现，随着地幔下部岩石深度的增加，桥锰矿的粒度在大约 1000 千米的深度增加。

因此，下地幔较浅部分的粘度明显增加，因为粘度与晶粒大小呈正相关。下地幔的较浅部分由辉绿岩组成。这种岩石含有 20 Vol% 的次生矿物。这些次生矿物阻碍了桥粒岩的晶粒生长。另一方面，在富含桥锰矿的岩石中，次生矿物的比例要小得多，桥锰矿在这些岩石中可以自由长成大颗粒。

下地幔的粘度跃变

由此产生的粘度跃迁会影响一系列地球物理和地球化学过程。"尽管俯冲板块相当平稳地沉入下地幔，但它们在下地幔浅层的下沉速度却减慢了。另一方面，在地球表面不同地区产生火山的地幔羽流的上涌似乎在 1000 千米以上的深度变得迅速。"第一作者费宏展博士曾是巴伐利亚地质研究所（BGI）的研究员，现在是中国顶尖大学之一浙江大学的教授。

富含桥锰矿的高粘性岩石形成于地球历史的早期。由于它们的粘性很高，地幔对流无法将它们与地幔的其他成分混合在一起。因此，富含桥锰矿的岩石在下地幔深处保存了数十亿年。

BGI 地球物质结构与动力学主席 Tomoo Katsura 教授博士将新的研究成果与地震观测结果联系起来。"地震学家已经证明，许多俯冲板块都停滞在 600 至 1,500 公里深的地层中。他们还发现，虽然羽流垂直上升，在 1000 公里以下可以清晰成像，但在这一深度以上就很难成像了。"

"我们的新理论可以解释这些观测结果。由于粘度随着深度的增加而增加，板块很难穿透深度超过1000千米的区域。另一方面，羽流在这个深度上升得更快，因此羽流变得更细，难以成像"。Katsura解释道。

编译来源：ScitechDaily