科学家绘制了地球最深部地幔的变形图谱，结果表明这些变形指向埋藏于地下数千公里深处、消失已久的构造板块。利用海量全球地震波数据集，他们发现大部分变形发生在据推测这些古老板片滞留的区域。这些发现证实了长期存在的理论，并首次在全球尺度上揭示了这一模式。这是理解地球内部如何随时间缓慢搅动的重要一步。
发表在《地震记录》上的一项新研究表明，地幔最深处的大部分变形发生在科学家认为数百万年来古老构造板块下沉的区域。
全球地图揭示地核附近的变形
科学家早就怀疑深地幔变形与这些埋藏的板块之间存在联系，但这项研究提供了首个全球视角。研究团队检查了近75%的最下层地幔，该层位于地表以下约2900公里（1800英里）处的核幔边界正上方。
加州大学伯克利分校的乔纳森·沃尔夫及其同事利用海量数据集构建了这张全球地图。他们收集并分析了来自全球24个数据中心的超过1600万张地震图，创建了迄今为止最全面的地震数据集之一。
地震波揭示隐藏结构
地震发生时，会产生穿过地球内部的剪切波。这些波的速度因其传播方向和所穿过物质的性质而异。这种方向性差异被称为地震各向异性，使科学家能够识别地幔发生变形的区域。
通过研究这些模式，研究人员可以深入了解地幔随时间流动和循环的方式。
“我们知道上地幔的变形主要受在其上方移动的板块拖曳作用主导。这与我们从地震各向异性所了解到的上地幔变形情况非常吻合，”沃尔夫解释道。“但对于最下层地幔的流动，我们还没有这种大规模的理解。而这正是我们想要弄清楚的。”
海量数据集解锁深地模式
利用沃尔夫所说的“有史以来最大的地震数据集合”，团队分析了多种穿过地幔向下传播、进入地核、然后返回地幔的地震波震相。
这些波对于测绘数百公里范围内的地震各向异性特别有用，为最深地幔中的变形分布情况提供了更清晰的图像。
结果显示，在约三分之二的研究区域中存在各向异性。虽然模式很复杂，但大部分变形出现在被认为存在深俯冲板块的区域。
“从某种意义上说，这并不令人惊讶，因为地球动力学模拟已经预测到了这一点，”沃尔夫说。“但在我们目前观察的尺度上，以前确实没有使用我们这些方法展示过这一点。”
俯冲板块变形的成因
科学家们仍在努力弄清楚这些板块为何表现出地震各向异性。据沃尔夫介绍，一种可能性是板块保留了其更接近地表时的某些“化石”各向异性。
然而，更可能的解释是，随着板块下沉并与核幔边界相互作用，发生了剧烈变形。在下降过程中，它们还会推挤并重塑周围的物质。这些深度的极端高温和高压可以改变板块内的矿物，从而形成新的各向异性“组构”。
探测极限与未来研究
沃尔夫强调，不应认为缺乏可探测各向异性信号的区域就没有变形。在某些区域，信号可能只是太弱，现有方法无法探测到。
这项研究背后的海量数据集仍然是一项宝贵的资源。沃尔夫将其描述为一个“宝库”，研究人员将继续从中探索，以进一步了解地球深部。
“如果允许我畅想的话，总有一天我们将拥有足够的信息，在了解地幔不同横向尺度上的地震各向异性基础上，从多个角度照亮地球内部，从而真正揭示最下层地幔的全球流动方向，”他说。