地质学家发现太平洋下方神秘的俯冲带，重塑对地球内部的理解

Josiah02

马里兰大学的科学家发现了恐龙时代深埋地球的古老海底的证据，挑战了现有的地球内部结构理论。这片之前未被研究过的海底位于东太平洋海隆（东南太平洋海底的板块边界），为我们了解地球内部的运作方式以及地球表面数百万年来的变化提供了新的线索。该团队的研究结果于 2024 年 9 月 27 日发表在《科学进展》杂志上。
在地质学博士后研究员王景川的带领下，研究小组利用创新的地震成像技术深入研究了地球的地幔，即地球地壳和地核之间的层。他们在地幔过渡区发现了一个异常厚的区域，该区域位于地球表面以下约 410 至 660 公里处。该区域将上地幔和下地幔分隔开来，根据温度而膨胀或收缩。研究小组认为，新发现的海底也可能解释太平洋大低剪切速度区 (LLSVP) 的异常结构——地球下地幔的一个巨大区域——因为 LLSVP 似乎被板块分裂了。
“这片增厚区域就像是大约 2.5 亿年前俯冲到地球的古老海床的化石指纹，”王说。“它让我们得以一窥地球从未有过的过去。”
俯冲是指一块板块滑入另一块板块之下，将地表物质重新循环回地幔。这一过程通常会留下可见的运动证据，包括火山、地震和深海海沟。虽然地质学家通常通过检查地球表面的岩石样本和沉积物来研究俯冲，但王与地质学教授 Vedran Lekic 和副教授 Nicholas Schmerr 合作，利用地震波探测海底。通过研究地震波如何穿过地球的不同层，科学家们能够绘制出隐藏在地幔深处的结构的详细地图。
这张示意图显示了团队目前解析的古老俯冲“板块”。它对被称为“超级地幔柱”的大型下地幔结构有直接影响。图片来源：马里兰大学王景川。
“你可以把地震成像想象成类似于 CT 扫描的东西。它基本上让我们可以看到地球内部的横截面，”王说。“通常，海洋板块会被地球完全吞噬，在地表上不会留下任何可辨别的痕迹。但通过这个视角观察古老的俯冲板块让我们对非常深的地球结构和地表地质之间的关系有了新的认识，而这在以前并不明显。”
研究小组的发现让他们大吃一惊——物质在地球内部的移动速度比之前认为的要慢得多。王认为，研究小组发现的这一区域厚度异常，表明地幔过渡带的这一部分存在较冷的物质，暗示一些海洋板块在下沉到地幔时被卡在了半途。
“我们发现，在这个区域，物质下沉的速度大约是我们预期的一半，这表明地幔过渡带可以起到屏障的作用，减缓物质在地球内部的运动，”王解释说。“我们的发现提出了新的问题，即深层地球如何影响我们在遥远距离和时间尺度上看到的地表现象。”
展望未来，该团队计划将研究范围扩大到太平洋其他地区及其他地区。王教授希望绘制一幅更全面的古代俯冲和上升区（俯冲物质升温并再次上升到地表时发生的地质过程）地图，以及它们对深层和地表结构的影响。利用从这项研究中获得的地震数据，王教授和其他科学家正在改进他们对地球历史上板块如何移动的模型。
“这只是个开始，”王说。“我们相信，地球深处还有许多古老的结构有待发现。每一个都有可能揭示许多关于我们星球复杂过去的新见解——甚至让我们更好地了解我们星球以外的其他行星。”
论文《中生代洋内俯冲塑造了东太平洋海隆之下的下地幔》于 2024 年 9 月 27 日发表在《科学进展》上。