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現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者
團隊根據太平洋上的地震波測量站數據所繪制太平洋一側的地幔結構分佈圖。留意最底層紅色的似乎是密度較高(波速也較低)的太平洋LLSVP區域,即現時被認為是忒伊亞行星殘餘的區域。(圖片來自連結)
去年曾有地質學家指出,45億年前撞上地球並徹底改變地球命運的行星忒伊亞,其殘骸仍然在地核外圍的內地幔沉積著,尚未完全融合,並因此可能推動了地球過去三十億多年的地質活動。事實上,雖然地幔溫度不低,但因為密度高,在高壓環境下其實是一團流動性很低的黏性岩漿,就算高於溶點且極度高壓,移動速度也是極緩慢的以千萬年甚至億年計,所以地質運動中下衝至地幔的板塊可能有一段時間還沒有完全溶解掉。
根據《Space》雜誌的報道。近日蘇黎世聯邦理工學院和加州理工學院的地球物理學團隊透過地震波的微細變化,發現地幔內還有不少奇怪的團塊,由於部分的密度較地幔平均密度較輕,且較接近地殼,懷疑這些都是古板塊沉降地幔後還沒溶解的部份。不過更為奇怪的是,進入地幔後的古地殼殘餘似乎還能存在相當長時間,而且還能飄到些奇怪的地方,例如2024年10月時科學家就曾在復活節島正下方的地幔層中發現的一塊。問題是這裏最近的斷層(納斯卡板塊和太平洋板塊之間),都是造陸的擴散式板塊,只有陸塊長出來,不會有東西沉進去,而根據過去的研究發現,這條斷層過去數億年內都未成為過逆衝斷層,故也不可能有舊的殘餘板塊結構卡在下方。
太平洋下方地幔的密度分佈圖(1000公里深)及其垂直斷面圖。由此可見波速較快的偏藍式區域在500-1000公里深的區域廣泛存在,研究人員懷疑是過去已沉沒入地幔但未完全熔解的殘餘地殼。這項研究事實上有助於讓地質學家了解更早期的板塊運動—現時地質學家只能弄得清最近六億年地球板塊的移動走向,更早期的就有很多不確定性。(圖片來自論文Full-waveform inversion reveals diverse origins of lower mantle positive wave speed anomalies)
不過這篇新聞最重要的訊息,其實是一種以舊數據再利用超級電腦(瑞士羅加諾國家超級計算中心)與機器學習,利用過去多年利用地震與人為爆炸造成的P波與S波(稍快的縱波與稍慢的橫波)的行進速度紀錄,去描繪地幔中的大概結構(即地幔成像),有點像醫學上的超聲波顯影技術。由於P波和S波在不同密度的地幔區域,速度上也有差異(通常密度較大會較快,反之則愈慢),以這類數據大舉綜合,其實可以分辨出地幔不同的結構和礦物分佈,除了結構較重且比較接近地殼速度的東西外,還有其他不同密度的物質集中區。由於我們沒法用肉眼或採樣方式了解地幔的結構(更無法了解地核了),過去的研究都只能對厚度佔地球半徑接近一半的地幔有大概的猜測,而且這些猜測都是來自地震儀及少量因地殼變動而帶上地面的遠古地幔岩層,不確定性很多。機器學習的成果至少能給我們一個比較清晰及有一定精度的地幔結構圖,並由此重新推演更遠古時期的板塊移動方向,以及理解已經消失的大陸仍存在於什麼地方。
現時很多對地幔的研究編向於比較簡單的分層研究,例如地幔由上而下可分成岩石層、軟流層、過渡層(三者通稱山地幔)及下地幔與能構成地幔熱流的D"層,但事實上由於上升熱流的堆積,及沉下並漸漸溶解的古地殼,地幔實際結構是相當複雜且有大量區域性結構的。(圖片來自連結1及連結2)
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