在地表之下近3000公里深处，存在着一个神秘的地层：地震波在此会毫无缘由地加速传播。数十年来，科学家们始终无法破解这个"D″层"之谜。如今，苏黎世联邦理工学院的突破性实验终于揭示，极端深度下的固态岩石会像流动的液体般运动。这种水平方向的地幔流使后钙钛矿矿物晶体定向排列，从而解释了地震波的异常行为。这项发现标志着人类对地球内部深层机制的认知实现惊人飞跃——将长期悬而未解的谜团转化为描绘地下暗流的动态图谱，这些暗流驱动着火山喷发、地震活动乃至地球磁场的形成。
半个世纪的猜测
50多年来，研究人员一直对地球深处一个奇怪的区域——即位于我们脚下约2700公里处的所谓D"层——感到困惑。地震波在那里突然表现异常：它们的速度跃升，仿佛穿越了不同的物质。直到现在，地幔该层究竟发生了什么才得以明朗。
Murakami（自2017年起担任苏黎世联邦理工学院教授）在2004年发现，地球下地幔的主要矿物钙钛矿，在D"层附近极端高压和超高温下会转变为一种新矿物——即所谓的“后钙钛矿”。
研究人员曾假设这种变化解释了地震波的奇怪加速。但这并非全部原因。2007年，Murakami及其同事发现了新证据，表明仅靠钙钛矿的相变不足以加速地震波。
通过使用复杂的计算机模型，他们最终发现了重要的一点：后钙钛矿晶体的硬度会根据其指向的方向而变化。只有在模型中该矿物的所有晶体都指向同一方向时，地震波才会加速——这可以在2700公里深处的D"层观察到。
在苏黎世联邦理工学院进行的一项不寻常的实验室实验中，Murakami现已证明，在巨大压力和极端温度下，后钙钛矿晶体会沿着完全相同的方向排列。为此，研究人员在实验中测量了地震波的速度，并成功在实验室中重现了发生在D"层的速度跃变。“我们终于找到了最后一块拼图，”Murakami说。
地幔流使晶体定向排列
关键的问题是：是什么让这些晶体排列整齐？答案是沿着地幔底缘水平流动的固态地幔岩石。研究人员早就怀疑这种运动——一种类似沸水的对流——必然存在，但一直未能直接证明它。
地球研究的新篇章开启
Murakami及其同事现在也通过实验证明，固态岩石的地幔对流存在于地核与地幔的边界处，即在此深度，固态——而非液态——岩石缓慢而稳定地流动。“这一发现不仅解开了D"层之谜，也为洞察地球深处的动力学打开了一扇窗，”Murakami解释道。
这不仅仅是一个里程碑，更是一个转折点。固态岩石会流动的假设已从理论转变为确定的事实。“我们的发现表明，地球不仅在表面活跃，在其内部深处也在运动，”这位苏黎世联邦理工学院教授说。
凭借这一认知，研究人员现在可以开始描绘地球最深处的地幔流，从而使驱动火山、构造板块乃至地球磁场的隐形引擎变得可视化。