在地表之下近3000公里深处，存在一个神秘的地层，在那里地震波会莫名加速。数十年来，科学家们一直对这个被称为D''层的区域困惑不解。如今，苏黎世联邦理工学院的突破性实验终于揭示：固态岩石在极端深度下会流动，其运动方式如同液体。这种水平方向的地幔流使名为后钙钛矿的矿物晶体沿单一方向排列，从而解释了观测到的地震波特性。这项研究彻底革新了人类对地球深层内部机制的理解，将长期悬而未解的谜题转化为清晰的地下流动图谱——正是这些地幔流驱动着火山、地震乃至地球磁场的形成。
半个世纪的猜想
50多年来，研究人员一直对地球深处一个奇怪的区域感到困惑——即所谓的D"层，位于我们脚下约2700公里处。地震波在那里突然表现异常：它们的速度发生跳跃，仿佛穿过了不同的物质。长期以来，地幔这一层究竟发生了什么一直不清楚，直到现在。
自2017年起担任苏黎世联邦理工学院教授的村上，在2004年发现，地球下地幔的主要矿物——钙钛矿，在D"层附近极端压力和极高温度下会转变成为一种新的矿物——所谓的"后钙钛矿"。
研究人员曾认为这种转变解释了地震波的异常加速。但这并非全部真相。2007年，村上及其同事发现新证据表明，仅凭钙钛矿的相变并不足以加速地震波。
通过使用精密的计算机模型，他们最终发现了一个重要现象：取决于后钙钛矿晶体的指向方向，矿物的硬度会发生变化。只有当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——正如在2700公里深处的D"层所观测到的那样。
在苏黎世联邦理工学院一项不寻常的实验室实验中，村上现已证明，在巨大的压力和极端的温度下，后钙钛矿晶体会自发地沿相同方向排列。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D"层出现的速度跳跃。"我们终于找到了拼图的最后一块，"村上说道。
地幔流动使晶体定向排列
关键问题是：是什么让这些晶体排列整齐？答案是：沿着地幔底部边缘水平流动的固态地幔岩石。研究人员长期以来一直怀疑这种运动——一种类似于沸水对流的运动——必然存在，但从未能直接证明。
地球研究新篇章开启
村上及其同事现在也通过实验证明，在地核与地幔的边界处，存在着固态岩石的地幔对流，也就是说，在这一深度，固态（而非液态）岩石在缓慢而稳定地流动。"这一发现不仅解开了D"层的谜团，也为窥探地球深处的动力学过程打开了一扇窗户，"村上解释说。
这不仅仅是一个里程碑，更是一个转折点。关于固态岩石流动的假设已从理论转变为确凿的事实。"我们的发现表明，地球不仅在其表面活跃，其内部深处也在运动，"这位苏黎世联邦理工学院的教授表示。
有了这一认知，研究人员现在可以开始绘制地球最深内部区域的流动图，从而直观地看到那个驱动火山、构造板块，甚至可能还有地球磁场的隐形发动机。