所有小學生都知道地球分為三（或四）大層次：地殼、地函和地核。 這通常是正確的，儘管這種概括沒有考慮科學家確定的幾個附加層，例如其中之一是地函內的過渡層。
在15 年2019 月1994 日發表的一項研究中，普林斯頓大學地球物理學家傑西卡·歐文和碩士生吳文波與中國大地測量與地球物理研究所的倪思道合作，利用660 年玻利維亞強烈地震獲得的資料來尋找山脈。以及地函深處過渡帶表面的其他地形特徵。 該層位於地下660公里處，將上地函和下地函分開（該層沒有正式名稱，研究人員簡單地將其稱為「XNUMX公里邊界」）。
為了「觀察」如此深的地下，科學家使用了地球上最強大的地震波。 「你需要一場強烈的深層地震來震動地球，」地球科學助理教授傑西卡歐文說。
大地震比普通地震的威力大得多——里氏震級每增加一級，其能量就會增加 30 倍。 歐文從 7.0 級及以上的地震中獲得了最好的數據，因為此類大地震發出的地震波向不同方向傳播，可以穿過地核傳播到地球的另一側並返回。 在這項研究中，關鍵數據來自 8.3 年震撼玻利維亞的 1994 級地震（地質學家記錄的第二大地震）記錄的地震波。
「這種強度的地震並不常發生。 我們非常幸運，現在世界各地安裝的地震儀比 20 年前多得多。 由於新儀器和電腦能力，過去 20 年地震學也發生了巨大變化。
地震學家和資料科學家使用超級電腦（例如普林斯頓大學的 Tiger cluster 超級電腦）來模擬地下深處散射地震波的複雜行為。
技術基於波的基本特性：反射和折射的能力。 正如光波在穿過棱鏡時可以從鏡子反射（反射）或彎曲（折射）一樣，地震波穿過均質岩石，但當它們在路徑中遇到粗糙表面時會被反射或折射。
「我們知道，幾乎所有物體都有不平坦的表面，因此都會散射光，」該研究的主要作者吳文波說，他最近獲得了地理學博士學位，目前正在加州理工學院攻讀博士後。 「由於這一事實，我們可以『看到』這些物體——散射波攜帶有關它們在路徑上遇到的表面粗糙度的信息。 在這項研究中，我們觀察了在地球深處傳播的散射地震波，以確定所發現的 660 公里邊界的“粗糙度”。”
研究人員對這個邊界的「粗糙」程度感到驚訝——甚至比我們生活的表層還要粗糙。 「換句話說，這個地下層的地形比落基山脈或阿巴拉契亞山脈更複雜，」吳說。 他們的統計模型無法確定這些地下山脈的確切高度，但它們很可能比地球表面的任何東西都高得多。 科學家也注意到，660公里的邊界分佈也不均勻。 就像陸地層有的地方有光滑的海洋表面，有的地方有巨大的山脈一樣，660公里的邊界也有粗糙的地帶和光滑的地層。 研究人員也觀察了410公里深處的地下層和中地函頂部，但未能在這些表面上發現類似的粗糙度。
「他們發現 660 公里的邊界與表層一樣複雜，」未參與這項研究的東京工業大學助理教授、地震學家克里斯蒂娜·豪瑟 (Christina Hauser) 說。 「利用強烈地震產生的地震波來發現地下 3 公里深處地形的 660 公里高差是一項難以想像的壯舉…他們的發現意味著，在未來，使用更先進的地震儀器，我們將能夠探測以前未知的微妙信號，這將向我們揭示地球內層的新特性。”
地球物理學助理教授、地震學家傑西卡·歐文持有普林斯頓大學收藏的兩塊隕石，其中含有鐵，據信是地球的一部分。
照片由丹尼斯·阿佩爾懷特拍攝。
這是什麼意思？
660 公里邊界上存在的粗糙表面對於了解我們的星球如何形成和運作非常重要。 這一層將地函（約佔地球體積的 84%）分為上層和下層。 多年來，地質學家一直在爭論這條邊界的重要性。 他們特別研究了熱量如何透過地函傳輸，以及受熱的岩石是否從古騰堡邊界（將地函與地核分開的層，深度 2900 公里）移動到地函頂部，或者這種運動是否在660公里邊界處中斷。 一些地球化學和礦物學證據表明，地函的上層和下層具有不同的化學成分，支持這兩層在熱或物理上不混溶的觀點。 其他觀察結果表明，地函的上層和下層沒有化學差異，引發了關於所謂「充分混合地函」的爭論，即地函的兩層都參與相鄰的熱交換循環。
「我們的研究為這場爭論提供了新的見解，」吳文波說。 從這項研究中獲得的數據表明，雙方都可能部分正確。 660公里邊界的較光滑地層可能是由於徹底的垂直混合而形成的，而較粗糙的山區可能是由於上地函和下地函的混合進行得不順利而形成的。
此外，研究科學家在大、中、小尺度上檢測到了所發現邊界處層的“粗糙度”，理論上這可能是由熱異常或化學不均勻性引起的。 但吳解釋說，由於熱量在地函中傳輸的方式，任何小規模的熱異常都會在幾百萬年內消失。 因此，只有化學異質性才能解釋該層的粗糙度。
是什麼導致瞭如此顯著的化學異質性？ 例如，地函層中出現的岩石屬於地殼，並在數百萬年的時間裡移動到了那裡。 長期以來，科學家一直在爭論海底板塊的命運，這些板塊被太平洋和全球其他地區碰撞的俯衝帶推入地函。 Weibo Wu 和 Jessica Irving 認為這些板塊的殘餘物現在可能位於 660 公里邊界之上或之下。
「很多人認為，僅利用地震波資料來研究地球內部結構及其過去4.5億年來的變化是相當困難的。 “但這遠非事實！”歐文說，“這項研究為我們提供了有關數十億年來沉入地幔的古代構造板塊命運的新信息。”
最後，歐文補充說：“我認為地震學最有趣的地方在於它可以幫助我們了解地球在空間和時間上的內部結構。”
來自翻譯作者：我一直想嘗試將一篇科普文章從英文翻譯成俄文，但沒想到 多少 情況很複雜。 非常尊重那些經常有效翻譯哈布雷文章的人。 要專業翻譯文本，您不僅需要了解英語，還需要透過研究第三方資源來理解主題本身。 添加一點“插科打諢”，讓它聽起來更自然，但不要過度，以免破壞文章。 非常感謝您的閱讀 ：）
來源： www.habr.com