斯坦福大学的科学家首次绘制出全球罕见地震地图，这类地震发生在地球深处的地幔而非地壳中。这些难以捉摸的地震长期以来争议不断且极难确认，研究显示它们主要聚集在喜马拉雅山脉和白令海峡附近区域。研究人员通过开发突破性方法，利用地震波的细微差异来识别地幔地震，最终在全球范围内确认了数百次此前未被发现的深层震动。
2月5日发表在《科学》杂志上的研究结果显示，大陆地幔地震在全球范围内均有发生，但往往集中在特定区域。显著的震群出现在亚洲南部的喜马拉雅山下方，以及亚洲与北美洲之间的白令海峡附近、北极圈以南。研究这些深部震动可为地壳-地幔边界以及上地幔的行为提供新线索，上地幔产生火山岩浆并有助于驱动板块运动。
"在这项研究之前，我们对于究竟发生了多少次大陆地幔地震以及它们发生在何处，尚未有一个清晰的全球视角，"研究第一作者Shiqi (Axel) Wang（王世奇）说，他曾是斯坦福多尔可持续发展学院地球物理学教授Simon Klemperer实验室的博士生。"借助这一新数据集，我们可以开始探究这些罕见地幔地震启动的各种方式。"
尽管这些地震发生在地表以下很深的地方，不足以引起明显的震动或破坏，但它们为了解地震的形成提供了宝贵的见解。了解它们的起源可能有助于增进对造成实际危害的更常见的浅源地震的认识。
"尽管我们大致了解地震通常发生在应力在断层线上释放的地方，但对于特定地震为何发生在该处及其背后的主要机制，我们并未很好地掌握，"研究资深作者Klemperer补充道。"地幔地震提供了一种超越普通地壳地震的、探索地震起源和地球内部结构的新途径。"
莫霍面之上与之下
地壳相对较冷且易碎。相比之下，地幔是一层厚而温暖、致密的岩石，其行为更像缓慢移动的固体，延伸至约1800英里深，构成了地球内部的大部分。地壳与地幔之间的分界线称为莫霍洛维奇不连续面，简称"莫霍面"。
多年来，科学家们一直质疑比地壳更热、更具延展性的地幔是否真的能产生显著地震。大多数大陆地震始于地表以下约6至18英里处，远在莫霍面之上，位于地壳内部。俯冲带是个例外。在这些区域，厚重的海洋板块滑入较轻的大陆板块下方，有时会产生数百英里深的地震。然而，地震仪器偶尔会探测到起源于大陆下方且远离俯冲带的地震，在某些情况下，震源深度甚至低于莫霍面50英里。
在过去的十年中，越来越多的证据使许多研究人员确信，罕见的地震确实起源于地幔，尽管其发生频率可能比地壳地震低约100倍。即便如此，由于数据有限，确认它们一直很困难。
地震波探测的突破
为了可靠地区分地幔地震和地壳地震，Wang和Klemperer开发了一种比较两种地震波的技术。这些波在地震后穿过地球，像敲钟一样在地球内部传播振动。
一种类型称为Sn波（或称"盖层"波），沿着地幔顶部被称为盖层的区域传播。另一种称为Lg波，由高频振动组成，能有效地在地壳中传播。通过测量这两种波型的比率，研究人员可以确定地震是始于地壳还是地幔。
"我们的方法完全改变了游戏规则，因为现在你可以纯粹根据地震波形来识别地幔地震，"Wang说。
数百次罕见深源地震被识别
该团队分析了全球地震监测站的数据，并考虑了地壳厚度等信息。从最初超过46,000次地震的数据库中，他们识别出自1990年以来发生的459次大陆地幔地震。
研究人员提醒说，这个数字可能低估了真实数量。扩大地震台网，特别是在喜马拉雅山脉以北的青藏高原等偏远地区，可能会揭示更多的大陆地幔地震。Klemperer职业生涯的大部分时间都在研究这个偏远地区的地震。他早先关于该地区异常深震的研究激发了Wang对这个课题的探索。
随着已确认地幔地震目录的不断扩大以及可靠的探测方法，该团队计划研究是什么触发了这些罕见事件。有些可能是地壳地震向外传播的地震波引起的余震。另一些可能与地幔内热驱动对流有关，因为地幔正在循环回收俯冲的地壳板块。
展望未来，研究人员期望持续的研究能为地球内部运作提供新的认识。
"大陆地幔地震可能是本质上相互联系的地震周期的一部分，既涉及地壳，也涉及上地幔，"Wang说。"我们想了解我们世界的这些层如何作为一个整体系统运作。"
本研究得到美国国家科学基金会的资助。