科技日報記者 吳長鋒
記者從中國科學技術大學獲悉，該校孫道遠教授課題組與瑞士伯爾尼大學Dan J. Bower合作，在地球核幔邊界大尺度超低速異常體結構研究領域取得重要進展，獲得了太平洋下方迄今為止所發現的最大尺度超低速帶的三維結構。相關成果2月24日發表于《自然·通訊》。
窗體底端 中國科大供圖
地球核幔邊界廣泛分布著超低速帶，是核幔邊界存在的一種結構異常。大多數現有觀察到的超低速帶，聚集在下地幔大尺度低速體的邊緣，其詳細特征在地球演化研究中具有特殊意義。研究指出，太平洋下地幔大尺度低速體的北部邊界存在超大尺度柱狀超低速帶，但由于缺乏南-北方向數據，該超低速帶的位置、大小等信息尚不清楚。
課題組通過對兩個方向不同地震波的測量，確定太平洋大尺度低速體北部邊界處的高度約900千米、大尺度低速體內部的橫波速度擾動以及大尺度低速體向北傾斜的邊界特征。他們進一步利用波形擬合的方法，得到超大尺度超低速帶的三維結構，其尺寸約1500×900千米，高度約50千米，S波波速降為10%。
課題組結合大尺度低速體、超低速帶以及古老俯沖板片的位置關系，對超大尺度超低速帶的形成提出假說，認為太平洋大尺度低速體的北部邊界處存在長期穩定由俯沖板片主導的水平地幔匯聚流，小尺度的超低速帶在地幔流的作用下不斷在大尺度低速體的邊緣處累積，最終形成現在探測到的超大尺度超低速帶。同時，由于地幔流的作用，大尺度低速體也形成了向北傾斜的形態。相比之下，太平洋大尺度低速體東北緣探測到的小尺度超低速帶，是剪切地幔流將大尺度超低速帶不斷破碎化所造成，而其中導致的強烈的熱不穩定性可能會觸發地幔熱柱的產生，因此夏威夷熱點下方地幔熱柱的起源更可能來源于大尺度低速體東北部邊界。
這一成果顯示了更精確的地震圖像，對認識地球下地幔動力學過程具有重要意義。
關鍵詞： 三維結構
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