位于我們腳下約2700公里（近1700英里）處的“D”層（D雙質(zhì)層）幾十年來一直讓科學(xué)家們困惑不已。如今，我們可能終于找到了關(guān)于地球深處這個(gè)特殊區(qū)域確切情況的答案 ——固態(tài)巖石正在流動(dòng)。

地震波在穿過“D”層邊界時(shí)會(huì)意外加速。2004年的一項(xiàng)研究似乎找到了答案：該研究表明，在“D”層邊界附近，極高的壓力和極高的溫度可能將下地幔礦物鈣鈦礦（perovskite）轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N不同的形態(tài)，稱為“后鈣鈦礦”（post-perovskite）。

然而，后來發(fā)現(xiàn)僅憑這種新相變不足以解釋地震波的加速。

在這項(xiàng)新研究中，來自瑞士和日本的科學(xué)家們通過計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)驗(yàn)室測試確定，后鈣鈦礦中的晶體需要全部指向同一方向，地震波才會(huì)加速。

“這一發(fā)現(xiàn)不僅解開了D層之謎，也為我們打開了了解地球深處動(dòng)力學(xué)的一扇窗，”瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）的地球科學(xué)家村上元彥（Motohiko Murakami）說道，“我們終于找到了拼圖的最后一塊。”

研究人員在實(shí)驗(yàn)室中，以更小的尺度，基本重現(xiàn)了地球的深層結(jié)構(gòu)。他們發(fā)現(xiàn)，后鈣鈦礦晶體的排列方向決定了其硬度，進(jìn)而決定了穿過它的地震波的傳播速度。

他們還發(fā)現(xiàn)了另一點(diǎn)：“D”層上方的固態(tài)巖石能夠以對(duì)流模式流動(dòng)。這種在地球各層不同區(qū)域表現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)，決定了后鈣鈦礦晶體的排列方向。

驅(qū)動(dòng)這種流動(dòng)的是下沉的較冷物質(zhì)和上升的較熱物質(zhì)的共同作用。這是我們獲得的關(guān)于地球內(nèi)部這一區(qū)域存在此類運(yùn)動(dòng)的首個(gè)實(shí)驗(yàn)證據(jù) —— 當(dāng)然，直接觀測是不可能的。

研究人員在其發(fā)表的論文中寫道：“這些發(fā)現(xiàn)表明，后鈣鈦礦相的結(jié)構(gòu)特征可以解釋“D”不連續(xù)面的大部分關(guān)鍵特征。”

所有這些都豐富了我們對(duì)地球表面深處發(fā)生的熱量、壓力和運(yùn)動(dòng)之間復(fù)雜相互作用的認(rèn)識(shí)。更好地理解這些力量，有助于我們更深入地了解從火山噴發(fā)到地球磁場等方方面面。

核幔邊界（CMB）—— 即固態(tài)地幔與地球液態(tài)外核相接之處 —— 尤其令科學(xué)家們感興趣。它在密度、成分、導(dǎo)電性及其他指標(biāo)上都代表著物質(zhì)間的巨大轉(zhuǎn)變，因此對(duì)于驅(qū)動(dòng)我們星球的最基本力量至關(guān)重要。

“我們的發(fā)現(xiàn)表明，地球不僅表面活躍，其內(nèi)部深處也在運(yùn)動(dòng)，”村上元彥說。

雖然這項(xiàng)研究有助于解答一些問題，但地球深處仍有許多未解之謎。

該研究已發(fā)表在《通訊-地球與環(huán)境》期刊上。

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