地球物理學家發現被稱為PKP 前兆的地震波與地球地函中的異常現象之間存在關聯。一項新的研究揭示，多年來一直令科學家感到困惑的PKP 前兆地震訊號源自北美和西太平洋地下深處的超低速度區。猶他大學研究人員的這些發現將這些區域與熱點火山等重要地質特徵聯繫起來，利用先進的地震技術將其起源追溯到地核-地函邊界。

地球內部圖解。資料來源：猶他大學邁克爾-索恩

被稱為PKP 前兆的地震訊號自被發現以來的幾十年裡，一直是科學家的難題。地球下地函區域散射傳入的地震波，這些地震波以不同的速度以PKP 波的形式回到地面。

前兆訊號先於穿越地心的主地震波到達，其起源一直不清楚，但猶他大學地球物理學家領導的研究為這種神秘的地震能量揭開了新的面紗。

據8月10日發表在美國地球物理聯盟主刊《AGU Advances》上的研究報告稱，PKP前兆似乎是從北美和西太平洋深處傳播而來的，並可能與”超低速區”有關，”超低速區”是地函中地震波明顯減慢的薄層。

地質學教授麥可-索恩（Michael Thorne）示範猶他大學地震學家曾經使用過的古董搖門地震儀的工作原理。來源：Brian Maffly

“這些是地球上發現的最極端的地貌。我們確實不知道它們是什麼，”第一作者、加州大學地質學和地球物理學副教授邁克爾-索恩說。 「但我們知道的一點是，它們似乎最終聚集在熱點火山的下方。它們似乎可能是產生熱點火山的整個地幔羽流的根源。”

黃石公園、夏威夷群島、薩摩亞、冰島和加拉巴哥群島的火山活動都是由這些羽流造成的。

索恩說：「這些非常非常大的火山似乎在大致相同的地方持續了數億年。在之前的工作中，他還發現了世界上已知最大的超低速度區之一。它位於薩摩亞的正下方，而薩摩亞是最大的熱點火山之一。

近一個世紀以來，地球科學家利用地震波來探測地球內部，獲得了許多以其他方式不可能獲得的發現。例如，猶他大學的其他研究人員透過分析地震波，確定了地球固體內核的結構特徵，並追蹤了其運動軌跡。

當地球表面發生地震時，地震波會穿過地函–地殼和金屬內核之間厚達2900 公里的熱岩石動態層。索恩的研究小組感興趣的是，當地震波穿過地函中物質成分變化的不規則地形時，它們會被”散射”。其中一些散射波成為PKP 的前兆。

索恩試圖確定這種散射發生的確切位置，特別是因為波在穿過地球液態外核之前和之後兩次穿過地函。由於兩次穿過地幔，因此幾乎不可能區分前兆是源自射線路徑的源側還是接收側。

地震學創新研究技術

索恩的團隊（包括研究助理教授蘇裡亞-帕查伊）設計了一種波形建模方法，以檢測以前未被注意到的關鍵效應。研究人員利用最先進的地震陣列方法和新的地震模擬理論觀測結果，分析了發生在新幾內亞附近的58 次地震數據，這些地震在經過新幾內亞後在北美洲被記錄下來。

索恩說：”我可以把虛擬接收器放在地球表面的任何地方，然後它就會告訴我在那個位置發生地震時的地震圖應該是什麼樣的。我們可以將它與我們掌握的真實記錄進行比較，現在能夠反推這些能量的來源。

他們採用新方法精確定位了液態金屬外核與地函邊界（即地核-地函邊界）的散射發生位置，該邊界位於地球表面下2900 公里處。

他們的研究結果表明，PKP前體很可能來自超低速度區。索恩懷疑，這些厚度僅20至40公里的地層是在俯衝構造板塊撞擊大洋地殼的地核-地函邊界時形成的。

索恩說：『我們現在發現，這些超低速度區並不僅僅存在於熱點之下。它們遍布北美地下的地核-地函邊界，看起來這些超低速度區是主動產生的。我們不知道它們是如何產生的。 但因為我們在俯衝附近看到了它們，所以我們認為洋中脊玄武岩被融化了，這就是它們產生的原因 然後，動力學將這些東西推向地球的各個角落，最終它們將堆積在熱點的下方。

動力學正在將這些東西推向地球的各個角落，最終，它們將聚集在大低速帶的邊界上，而大低速帶是太平洋和非洲地下成分獨特的大陸尺度特徵。它們也可能積聚在熱點的下方，但目前還不清楚這些超低電壓區是否是由同一過程產生的。確定這一過程的後果需要等待未來的研究。

編譯自/ ScitechDaily