拜羅伊特大學巴伐利亞實驗地球化學和地球物理研究所的Tomoo Katsura 教授和他的國際研究團隊發現了地球內部岩石在800 至1200 公里深處突然變得更加黏稠的原因。研究人員發現，由於富含橋錳礦(矽酸鹽鈣鈦礦)的岩石，地球下地函在800 至1200 公里深處變得更加黏稠。這些岩石的粒度較大，會影響地球物理和地球化學過程。

造成這種變化的原因是富含橋錳礦的岩石，它們構成了大約1000 公里以下的大部分地球下地函。這些岩石的粒度比上面的岩石大得多，因此黏度很高。他們的研究結果發表在《自然》雜誌。MLZ 科學家尼古拉斯-瓦爾特（Nicolas Walte）博士是這次成功合作的一部分，也是這篇論文的共同作者。

布里德曼石（矽酸鹽鈣鈦礦）是以諾貝爾物理學獎得主珀西-布里德曼的名字命名的。它是地球下地函中含量最豐富的礦物，下地函深度從660 公里延伸到2,900 公里都可以發現，約佔整個地球的一半。來自德國、中國、法國、英國和美國的科學家發現，隨著地函下部岩石深度的增加，橋錳礦的粒徑在大約1,000 公里的深度增加。

因此，下地函較淺部分的黏度明顯增加，因為黏度與晶粒大小呈正相關。下地函的較淺部分由輝綠岩組成。這種岩石含有20 Vol% 的次生礦物。這些次生礦物阻礙了橋粒岩的晶粒生長。另一方面，在富含橋錳礦的岩石中，次生礦物的比例要小得多，橋錳礦在這些岩石中可以自由長成大顆粒。

下地函的黏度躍變

由此產生的黏度躍遷會影響一系列地球物理和地球化學過程。「儘管俯衝板塊相當平穩地沉入下地幔，但它們在下地幔淺層的下沉速度卻減慢了。另一方面，在地球表面不同地區產生火山的地幔羽流的上湧似乎在1000 千米以上的深度變得迅速。」第一作者費宏展博士曾是巴伐利亞地質研究所（BGI）的研究員，現在是中國頂尖大學之一浙江大學的教授。

富含橋錳礦的高黏性岩石形成於地球歷史的早期。由於它們的黏性很高，地函對流無法將它們與地函的其他成分混合在一起。因此，富含橋錳礦的岩石在下地函深處保存了數十億年。

BGI 地球物質結構與動力學主席Tomoo Katsura 教授博士將新的研究成果與地震觀測結果連結起來。「地震學家已經證明，許多俯衝板塊都停滯在600 至1,500 公里深的地層中。他們還發現，雖然羽流垂直上升，在1000 公里以下可以清晰成像，但在這一深度以上就很難成像了。”

“我們的新理論可以解釋這些觀測結果。由於黏度隨著深度的增加而增加，板塊很難穿透深度超過1000千米的區域。另一方面，羽流在這個深度上升得更快，因此羽流變得更細，難以成像”。Katsura解釋。

編譯來源：ScitechDaily