地球物理学家发现地震波（称为 PKP 前兆）与地幔中奇怪异常之间的联系

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自发现以来的几十年里，被称为 PKP 前兆的地震信号一直困扰着科学家。地球下地幔区域会散射入射的地震波，这些地震波会以不同的速度以 PKP 波的形式返回地表。
在穿过地核的主地震波之前到达的前兆信号的来源仍不清楚，但犹他大学地球物理学家领导的研究为这种神秘的地震能量提供了新的见解。
根据AGU Advances发表的研究，PKP 前兆似乎来自北美和西太平洋地下深处，可能与“超低速区”有关，超低速区是地幔中的薄层，地震波在这些薄层中会显著减慢。
“这些是地球上发现的一些最极端的特征。我们真的不知道它们是什么，”主要作者、奥罗拉大学地质学和地球物理学副教授迈克尔·索恩说。“但我们知道的一件事是，它们似乎最终会聚集在热点火山下面。它们似乎可能是整个地幔柱的根源，从而引发热点火山。”
这些羽状流是黄石公园、夏威夷群岛、萨摩亚群岛、冰岛和加拉帕戈斯群岛出现火山活动的原因。
索恩说：“这些非常非常大的火山似乎在大致相同的地点持续存在了数亿年。”在之前的研究中，他还发现了世界上已知的最大超低速区之一。
“它位于萨摩亚正下方，而萨摩亚是最大的热点火山之一，”索恩指出。
近一个世纪以来，地球科学家一直利用地震波探测地球内部，取得了许多原本不可能取得的发现。例如，明尼苏达大学的其他研究人员通过分析地震波，确定了地球固体内核的结构并追踪了其运动。
当地震震动地球表面时，地震波会穿过地幔——地壳和金属核心之间厚达 2,900 公里的动态热岩层。索恩的团队对那些在穿过不规则地貌时发生“散射”的地震波很感兴趣，这些不规则地貌会导致地幔中的物质成分发生变化。其中一些散射波会成为 PKP 前兆。
索恩试图确定这种散射发生的确切位置，特别是因为波会两次穿过地幔，即在穿过地球液态外核之前和之后。由于两次穿过地幔，几乎不可能区分前兆是起源于射线路径的源侧还是接收侧。
索恩的团队（包括研究助理教授 Surya Pachhai）设计了一种方法来模拟波形，以检测以前未被注意到的关键效应。
研究人员利用一种先进的地震阵列方法和地震模拟的新理论观测，分析了新几内亚周围发生的 58 次地震的数据，这些地震在穿过地球后被记录在北美。
“我可以在地球表面的任何地方放置虚拟接收器，这样我就能知道该位置发生地震时地震图应该是什么样子。我们可以将其与我们拥有的真实记录进行比较，”索恩说。“我们现在能够反向预测这种能量来自何处。”
他们的新方法使他们能够精确定位散射发生的位置，即液态金属外核和地幔之间的边界，即位于地球表面以下 2,900 公里处的地核-地幔边界。
他们的发现表明，PKP 前体可能来自超低速区。Thorne 怀疑这些厚度仅为 20 至 40 公里的层是在俯冲板块撞击洋壳的核幔边界时形成的。
“我们现在发现，这些超低速区不仅仅存在于热点之下。它们遍布北美下方的地核-地幔边界，”索恩说。“看起来这些超低速区确实正在积极形成。我们不知道它们是如何形成的。但是因为我们在俯冲带附近看到它们，我们认为洋中脊玄武岩正在融化，这就是超低速区形成的原因。然后，动态过程将这些物质推向整个地球，最终它们将在热点之下聚集。”
这种动力学正在将这些物质推向整个地球，最终，它们将在大型低速省的边界上聚集，这些省是太平洋和非洲之下成分不同的大陆尺度特征，索恩说道。
他说：“它们可能还会在热点下方聚集，但目前还不清楚这些超低密度区是否是由同一过程产生的。”确定这一过程的后果将不得不等待未来的研究。