地球物理學家利用一種新的高解析度地震模型，在地球地函深處發現了意想不到的結構，在本不該發生俯衝的地區發現了類似俯衝構造板塊的結構。 這項發現顯示地函中可能含有遠古或富含鐵的物質，對現有理論提出了挑戰，並強調了進一步研究地球內部動力學的必要性。

沒有人能夠看到地球內部，也沒有人能夠鑽到足夠深的地函–介於地核和最外層剛性層岩石圈之間的地函–採集岩石樣本。 在這些深度測量溫度和壓力也是不可能的。 為了克服這些挑戰，地球物理學家依靠間接方法來研究我們腳下深處的情況。

其中一個關鍵方法是分析地震波圖，即地震波記錄。 透過測量這些地震波在地球上傳播的速度，科學家可以推論出地球內部結構的細節。 這個過程類似於醫生在不開刀的情況下使用超音波來創建體內器官、肌肉或靜脈的圖像。

工作原理如下：地震發生時，地震波從震央向四周輻射。 當這些地震波在地球上傳播時，可能會發生折射（彎曲）、繞射（在障礙物周圍傳播）或反射（反彈）。 這些波的速度不僅取決於波的類型，還取決於它們穿過的材料的密度和彈性。 世界各地的地震站記錄這些波，地球物理學家可以對數據進行分析。 從這些記錄中，科學家可以推論出地球的內部結構、組成以及地球深處發生的動態過程。

研究人員利用新模型發現了地球下地函中地震波傳播速度較慢（紅色）或較快（藍色）的區域。 位於西太平洋的大片藍色區域（圖片中心右上方）以前是未知的。 圖片來源：Sebastian Noe / ETH Zurich

地球科學家利用地震記錄確定了整個地函中沉沒的構造板塊的位置。 他們總是能在預期的位置找到它們：在一個被稱為俯衝帶的區域，兩個板塊在這裡交匯，其中一個板塊俯衝到另一個板塊之下，進入地球內部。 這有助於科學家研究板塊構造週期，即地球表面板塊在地球歷史上的出現與毀滅。

不應該有板塊殘留的地方

然而現在，來自蘇黎世歐洲地球物理學院和加州理工學院的地球物理學家組成的研究小組有了驚人的發現：利用新的高解析度模型，他們在地球內部發現了更多看起來像是被淹沒的板塊遺跡的區域。 然而，這些區域並不在預想中的位置；相反，它們位於大洋之下或大陸內部–遠離板塊邊界。 此外，也沒有地質證據顯示那裡曾經發生過俯衝。 這項研究最近發表在Scientific Reports期刊上。

他們的建模方法的新穎之處在於，聯邦理工學院的研究人員不僅使用一種地震波來研究地球內部結構，而是使用所有地震波。 專家將此過程稱為全波形反演。 這使得模型的計算量非常大，因此研究人員使用了盧加諾CSCS 的Piz Daint 超級電腦。 

太平洋下面是否有一個失落的世界？

第一作者、蘇黎世聯邦理工學院地質研究所博士生托馬斯-舒騰（Thomas Schouten）說：”顯然，地幔中的這種區域比以前想像的要廣泛得多。”

新發現的地幔帶之一位於西太平洋地下。 然而，根據目前的板塊構造理論和知識，那裡不應該有來自俯衝板塊的物質，因為在最近的地質歷史中，附近不可能有俯衝帶。 研究人員並不確定其中涉及的物質是什麼，以及這對地球內部動力學意味著什麼。 ” 這就是我們的困境。 透過新的高解析度模型，我們可以看到地函中隨處可見這種異常現象。但我們並不清楚它們到底是什麼，也不清楚是什麼物質創造了我們所發現的模式”。

ETH 教授安德烈亞斯-菲希特納（Andreas Fichtner）說：「這就好比一位醫生幾十年來一直使用超音波檢查血液循環，他發現動脈就在他期望的地方。如果你給他一個新的、更好的檢查工具，他就會突然發現臀部有一條不屬於那裡的動脈。代碼。

從波中提取更多信息

到目前為止，研究人員只能進行推測。舒騰說：”我們認為，下地函中的異常現像有多種來源。他認為，它們有可能並不像之前假設的那樣，只是在過去兩億年中發生俯衝的冷板塊物質。這可能是自約40 億年前地函形成以來就存在的古老的富含二氧化矽的物質，儘管地函發生了對流運動，但這些物質仍然存活了下來；也可能是數十億年來地函運動的結果，導致富含鐵的岩石堆積的區域。

對這位博士生來說，這首先意味著需要用更好的模型進行更多的研究，以了解地球內部的更多細節。這位地球科學家說：”我們用於模型的波基本上只代表一種特性，即它們在地球內部的傳播速度。然而，這並不能反映地球複雜的內部結構。我們必須計算不同的材料參數，這些參數可以產生觀測到的不同類型的波速。

編譯自/ scitechdaily