地震、火山爆發(fā)和大陸漂移都在提醒我們，地球并非一顆靜止的巖石球，而是一個(gè)充滿活力、生機(jī)勃勃的星球。如今，科學(xué)家們?cè)诘乇砩钐幇l(fā)現(xiàn)了更令人震驚的發(fā)現(xiàn)：在近3000公里深處，固體巖石實(shí)際上在流動(dòng)——并非像熔巖那樣流動(dòng)，而是像一團(tuán)隨著時(shí)間推移而緩慢移動(dòng)的固體。

這一發(fā)現(xiàn)源自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院實(shí)驗(yàn)礦物物理學(xué)專家村上元彥教授領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)新研究。該研究成果發(fā)表在《通訊：地球與環(huán)境》雜志上，為地球上最大的地質(zhì)謎團(tuán)之一帶來(lái)了新的啟示。

五十多年來(lái)，科學(xué)家們一直對(duì)地幔與地核邊界附近一個(gè)被稱為D”層的奇異區(qū)域感到困惑。該區(qū)域位于地幔下方約2700公里處，長(zhǎng)期以來(lái)一直無(wú)法解釋。地震波（由地震引發(fā)的地震波）穿過(guò)該區(qū)域時(shí)會(huì)突然加速，仿佛遇到了一種完全不同的物質(zhì)。迄今為止，無(wú)人能解釋其中的原因。

2004年，自2017年起擔(dān)任蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院教授的村上發(fā)現(xiàn)，地球下地幔的主要礦物鈣鈦礦在極端壓力和極高溫度下會(huì)在D”層附近轉(zhuǎn)變成一種新的礦物，即所謂的“后鈣鈦礦”。

研究人員認(rèn)為，這種變化解釋了地震波的奇異加速現(xiàn)象。但這并非全部原因。2007年，村上和同事發(fā)現(xiàn)了新證據(jù)，證明鈣鈦礦的相變本身不足以加速地震波。

他們利用復(fù)雜的計(jì)算機(jī)模型，最終發(fā)現(xiàn)了一些重要信息：礦物的硬度會(huì)根據(jù)后鈣鈦礦晶體指向的方向而變化。只有當(dāng)模型中所有礦物晶體都指向同一方向時(shí)，地震波才會(huì)加速——正如在2700公里深處的D”層觀測(cè)到的那樣。

在蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的一項(xiàng)非同尋常的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中，村上隆證實(shí)了后鈣鈦礦晶體在巨大壓力和極端溫度下會(huì)沿同一方向排列。為此，研究人員在實(shí)驗(yàn)中測(cè)量了地震波的速度，并能夠在實(shí)驗(yàn)室中重現(xiàn)D”層發(fā)生的躍遷。“我們終于找到了謎題的最后一塊拼圖，”村上隆說(shuō)道。

最大的問(wèn)題是：是什么讓這些晶體排列成一排？答案是沿著地幔下邊緣水平流動(dòng)的固體地幔巖石。長(zhǎng)期以來(lái)，研究人員一直懷疑這種運(yùn)動(dòng)——一種類似沸水的對(duì)流——一定存在，但從未能夠直接證明。

村上和他的同事們現(xiàn)在還通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，在地核和地幔的邊界存在固體巖石的地幔對(duì)流，也就是說(shuō)，固體（而非液體）巖石在這個(gè)深度緩慢但穩(wěn)定地流動(dòng)。“這一發(fā)現(xiàn)不僅解開(kāi)了D層的謎團(tuán)，也為了解地球深處的動(dòng)力學(xué)打開(kāi)了一扇窗戶，”村上解釋說(shuō)。

這不僅是一個(gè)里程碑，更是一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。固體巖石流動(dòng)的假設(shè)已從理論轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)。“我們的發(fā)現(xiàn)表明，地球不僅在表面活躍，而且在深處也在運(yùn)動(dòng)，”這位蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的教授說(shuō)道。

有了這些知識(shí)，研究人員現(xiàn)在就可以開(kāi)始繪制地球最深層內(nèi)部的電流圖，從而看到驅(qū)動(dòng)火山、板塊甚至地球磁場(chǎng)的隱形馬達(dá)。

編譯自/ScitechDaily