在一項(xiàng)為“巖石底部”一詞賦予新含義的研究中，地震研究人員發(fā)現(xiàn)了地表巖石層的下面，該巖石層是通過構(gòu)造俯沖作用被拉到中國東北下方400英里之外的。

這項(xiàng)由中美兩國研究人員在《自然地球科學(xué)》上發(fā)表的研究報(bào)告提供了豐富的新聞證據(jù)，說明當(dāng)富水海洋構(gòu)造板塊穿過大陸下面的地幔被吸引時(shí)會(huì)發(fā)生什么。

萊斯大學(xué)的地震學(xué)家牛鳳林(Fenglin Niu)是該書的通訊作者，他說，這項(xiàng)研究提供了巖石或巖石圈構(gòu)造板塊頂部和底部邊界的第一個(gè)高分辨率地震圖像，該區(qū)域位于被稱為地幔過渡帶的關(guān)鍵區(qū)域內(nèi)。開始于地球表面以下約254英里(410公里)，并延伸到約410英里(660公里)。

牛說：“許多研究表明，平板實(shí)際上在地幔過渡帶中變形很大，變軟了，因此很容易變形。” 平板變形或保持其形狀的程度對于解釋其是否以及如何與地幔混合以及其具有何種冷卻效果很重要。

地球的地幔像烤箱中的熱量一樣對流。來自地球核心的熱量通過海洋中心的地幔上升，形成了構(gòu)造板塊。熱量從那里流過地幔，在流向大陸時(shí)冷卻，然后降回地心，以收集更多的熱量，上升并完成對流圈。

先前的研究已經(jīng)探查了地幔俯沖板塊的邊界，但很少有深度超過125英里(200公里)，并且沒有一個(gè)具有當(dāng)前研究的分辨率。該研究使用了從中國東北313個(gè)區(qū)域地震臺(tái)收集的67,000多個(gè)測量值。這項(xiàng)工作是與中國地震局合作完成的，由中科院合著者陳啟福主持。

這項(xiàng)研究探討了有關(guān)數(shù)十億年來塑造地球表面的過程的基本問題。地幔對流驅(qū)動(dòng)著地球構(gòu)造板塊的運(yùn)動(dòng)，這些堅(jiān)硬的地球表面互鎖的塊體不斷地運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樗鼈兤≡谲浟魅?，最頂層的地幔層和?nèi)部行星中流動(dòng)性最高的部分上。

在構(gòu)造板塊相遇的地方，它們相互撞擊并磨碎，釋放出地震能量。在極端情況下，這可能會(huì)造成破壞性的地震和海嘯，但是大多數(shù)地震運(yùn)動(dòng)對于人來說都是微弱的，即使沒有儀器也無法感覺到。使用地震儀，科學(xué)家可以測量地震干擾的大小和位置。而且由于地震波在某些種類的巖石中會(huì)加速而在其他種類的巖石中會(huì)變慢，因此科學(xué)家可以使用它們來創(chuàng)建地球內(nèi)部的圖像，就像醫(yī)生可能會(huì)使用超聲波來對患者體內(nèi)的圖像進(jìn)行成像一樣。

賴斯(Nice)的地球，環(huán)境和行星科學(xué)教授牛(Niu)在地震成像領(lǐng)域一直走過了二十多年的最前沿。當(dāng)他獲得博士學(xué)位時(shí) 在20多年前的日本進(jìn)行的培訓(xùn)中，研究人員正在使用密集的地震臺(tái)站網(wǎng)絡(luò)來收集太平洋板塊淹沒板塊邊界的第一批詳細(xì)圖像，該板塊與本周發(fā)表的研究中的圖像相同。

紐努說：“日本位于太平洋板塊到達(dá)約100公里深度的地方。” “這個(gè)平板中有很多水，會(huì)產(chǎn)生大量的部分融化。這會(huì)產(chǎn)生弧形火山，從而幫助創(chuàng)建了日本。但是，我們?nèi)栽跔幷撨@種水是否在該深度被完全釋放。越來越多的證據(jù)表明，一部分水留在板內(nèi)，從而變得更深。”

中國東北地區(qū)是調(diào)查這是否屬實(shí)的最佳方法之一。該地區(qū)距離日本海溝約1000公里，在那里，太平洋板塊開始重新陷入地球內(nèi)部。2009年，在國家科學(xué)基金會(huì)等機(jī)構(gòu)的資助下，牛和得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校，中國地震局，東京大學(xué)地震研究所以及日本東北部地震與火山爆發(fā)預(yù)測研究中心的科學(xué)家大學(xué)開始在該地區(qū)安裝寬帶地震儀。

紐努說：“我們在那里放置了140個(gè)站，當(dāng)然，站越多，分辨率越好。” “中國科學(xué)院增加了站點(diǎn)，以便獲得更好，更詳細(xì)的圖像。”

在新的研究中，來自臺(tái)站的數(shù)據(jù)揭示了太平洋板塊的上下邊界，在地幔過渡帶內(nèi)以25度角向下傾斜。該區(qū)域內(nèi)的位置對于研究地幔對流非常重要，因?yàn)檫^渡帶位于軟流圈以下，在一定深度處壓力升高導(dǎo)致特定的地幔礦物發(fā)生劇烈的相變。礦物的這些相在地震剖面中的行為有很大不同，就像液態(tài)水和固態(tài)冰的行為也有很大不同，即使它們是由相同的分子組成。由于地幔過渡帶中的相變是在特定的壓力和溫度下發(fā)生的，因此地球科學(xué)家可以像溫度計(jì)一樣使用它們來測量地幔中的溫度。

牛說，板的頂部和底部都是可見的事實(shí)證明板沒有與周圍的地幔完全混合。他說，板下面的地幔部分融化部分的熱信號(hào)也提供了間接證據(jù)，表明板將其一些水運(yùn)到了過渡帶。

紐說：“問題在于解釋了如何將這些熱物質(zhì)掉入地幔的更深部分。” “這仍然是一個(gè)問題。因?yàn)樗鼈兒軣?，所以它們很浮力?rdquo;

這種浮力應(yīng)像救生圈一樣，在沉沒板的下面向上推動(dòng)。紐紐說，這個(gè)問題的答案可能是在變形的平板上出現(xiàn)了孔，從而使熱熔液在平板下沉?xí)r上升。

他說：“如果有一個(gè)洞，熔體就會(huì)出來。” “這就是為什么我們認(rèn)為板坯可以做得更深。”

孔洞也可以解釋中朝邊界上的長白山等火山。

牛說：“它距板塊邊界一千公里。” “我們真的不了解這種火山的機(jī)理。但是，從板坯孔中升起的熔體可能是一種解釋。”