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前一块太平洋地板在中国下方成像

在一项为“岩石底部”一词赋予新含义的研究中,地震研究人员发现了地表岩石层的下面,该岩石层是通过构造俯冲作用被拉到中国东北下方400英里之外的。

这项由中美两国研究人员在《自然地球科学》上发表的研究报告提供了丰富的新闻证据,说明当富水海洋构造板块穿过大陆下面的地幔被吸引时会发生什么。

莱斯大学的地震学家牛凤林(Fenglin Niu)是该书的通讯作者,他说,这项研究提供了岩石或岩石圈构造板块顶部和底部边界的第一个高分辨率地震图像,该区域位于被称为地幔过渡带的关键区域内。开始于地球表面以下约254英里(410公里),并延伸到约410英里(660公里)。

牛说:“许多研究表明,平板实际上在地幔过渡带中变形很大,变软了,因此很容易变形。” 平板变形或保持其形状的程度对于解释其是否以及如何与地幔混合以及其具有何种冷却效果很重要。

地球的地幔像烤箱中的热量一样对流。来自地球核心的热量通过海洋中心的地幔上升,形成了构造板块。热量从那里流过地幔,在流向大陆时冷却,然后降回地心,以收集更多的热量,上升并完成对流圈。

先前的研究已经探查了地幔俯冲板块的边界,但很少有深度超过125英里(200公里),并且没有一个具有当前研究的分辨率。该研究使用了从中国东北313个区域地震台收集的67,000多个测量值。这项工作是与中国地震局合作完成的,由中科院合著者陈启福主持。

这项研究探讨了有关数十亿年来塑造地球表面的过程的基本问题。地幔对流驱动着地球构造板块的运动,这些坚硬的地球表面互锁的块体不断地运动,因为它们漂浮在软流圈,最顶层的地幔层和内部行星中流动性最高的部分上。

在构造板块相遇的地方,它们相互撞击并磨碎,释放出地震能量。在极端情况下,这可能会造成破坏性的地震和海啸,但是大多数地震运动对于人来说都是微弱的,即使没有仪器也无法感觉到。使用地震仪,科学家可以测量地震干扰的大小和位置。而且由于地震波在某些种类的岩石中会加速而在其他种类的岩石中会变慢,因此科学家可以使用它们来创建地球内部的图像,就像医生可能会使用超声波来对患者体内的图像进行成像一样。

赖斯(Nice)的地球,环境和行星科学教授牛(Niu)在地震成像领域一直走过了二十多年的最前沿。当他获得博士学位时 在20多年前的日本进行的培训中,研究人员正在使用密集的地震台站网络来收集太平洋板块淹没板块边界的第一批详细图像,该板块与本周发表的研究中的图像相同。

纽努说:“日本位于太平洋板块到达约100公里深度的地方。” “这个平板中有很多水,会产生大量的部分融化。这会产生弧形火山,从而帮助创建了日本。但是,我们仍在争论这种水是否在该深度被完全释放。越来越多的证据表明,一部分水留在板内,从而变得更深。”

中国东北地区是调查这是否属实的最佳方法之一。该地区距离日本海沟约1000公里,在那里,太平洋板块开始重新陷入地球内部。2009年,在国家科学基金会等机构的资助下,牛和得克萨斯大学奥斯汀分校,中国地震局,东京大学地震研究所以及日本东北部地震与火山爆发预测研究中心的科学家大学开始在该地区安装宽带地震仪。

纽努说:“我们在那里放置了140个站,当然,站越多,分辨率越好。” “中国科学院增加了站点,以便获得更好,更详细的图像。”

在新的研究中,来自台站的数据揭示了太平洋板块的上下边界,在地幔过渡带内以25度角向下倾斜。该区域内的位置对于研究地幔对流非常重要,因为过渡带位于软流圈以下,在一定深度处压力升高导致特定的地幔矿物发生剧烈的相变。矿物的这些相在地震剖面中的行为有很大不同,就像液态水和固态冰的行为也有很大不同,即使它们是由相同的分子组成。由于地幔过渡带中的相变是在特定的压力和温度下发生的,因此地球科学家可以像温度计一样使用它们来测量地幔中的温度。

牛说,板的顶部和底部都是可见的事实证明板没有与周围的地幔完全混合。他说,板下面的地幔部分融化部分的热信号也提供了间接证据,表明板将其一些水运到了过渡带。

纽说:“问题在于解释了如何将这些热物质掉入地幔的更深部分。” “这仍然是一个问题。因为它们很热,所以它们很浮力。”

这种浮力应像救生圈一样,在沉没板的下面向上推动。纽纽说,这个问题的答案可能是在变形的平板上出现了孔,从而使热熔液在平板下沉时上升。

他说:“如果有一个洞,熔体就会出来。” “这就是为什么我们认为板坯可以做得更深。”

孔洞也可以解释中朝边界上的长白山等火山。

牛说:“它距板块边界一千公里。” “我们真的不了解这种火山的机理。但是,从板坯孔中升起的熔体可能是一种解释。”

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