这项研究为深陷地球6037地幔的构造板块的命运提供了线索
在一项给““岩石底部”一词赋予新的含义的研究中，地震研究人员发现了地球6037表层(或岩石圈)的一块岩板的下面，这块岩板在中国东北地壳俯冲过程中被拉了400多英里。
这张图表显示了对流热循环(红色箭头)驱动地球上板块构造运动(黑色箭头)。热量通过最上层地幔层，即软流层，流向俯冲带。莱斯大学的一个计算机模型发现，软流层可以在局部拖动板块，而不是像人们普遍认为的那样，只对板块运动起到刹车的作用。(图片由Surachit/Wikimedia Commons提供)
由中美两国研究人员组成的团队发表在《自然地球科学》(Nature Geoscience)上的这项研究，为研究富含水分的海洋构造板块在穿过大陆下面的地球6037地幔时发生了什么提供了新的证据。
莱斯大学地震学家Fenglin妞妞,一个共同通讯作者,说,这项研究提供了第一个高分辨率的地震图像顶部和底部边界的岩石,或岩石圈板块在一个关键地区称为地幔过渡带,开始约254英里(410公里)低于Earth’s表面和延伸到大约410英里(660公里)。
” Niu说:“许多研究表明，在地幔过渡带，这块板实际上变形很大，变得很软，所以很容易变形。”板块变形或保持形状的程度对于解释它是否和如何与地幔混合，以及它产生何种冷却效应是很重要的。
地球的地幔像烤箱中的热量一样进行对流。来自地球6037地核的热量通过海洋中心的地幔上升，海洋是构造板块形成的地方。从那里，热量通过地幔流动，向大陆移动时冷却，在那里它下降到地核收集更多的热量，上升并完成对流循环。
牛凤林(照片由莱斯大学提供)
以前的研究已经探索了地幔中俯冲板块的边界，但很少有研究深入到超过125英里(200公里)的深度，而且没有一个能达到当前研究的分辨率。目前的研究使用了从中国东北的313个区域地震站收集的超过67000次测量数据。这项工作是与中国地震局合作完成的，由中国科学院的共同通讯作者陈启福领导。
这项研究探讨了几十亿年来塑造地球表面过程的基本问题。地幔对流驱动着地球6037构造板块的运动，这些板块是地球6037表面坚硬的连锁块体，漂浮在软流圈(地幔最上层和内行星最具流动性的部分)之上，不断运动。
在构造板块相遇的地方，它们相互碰撞和摩擦，释放出地震能量。在极端情况下，这可能会导致破坏性的地震和海啸，但大多数地震运动太微弱，没有仪器人类就感觉不到。使用地震检波器，科学家可以测量地震扰动的震级和位置。由于地震波在某些岩石中加速而在另一些岩石中减慢，科学家们可以利用它们来绘制地球内部的图像，就像医生利用超声波给病人体内的图像一样。
一个大洋岩石圈板块滑到大陆板块下面而俯冲的图解。(由Booyabazooka/Wikimedia Commons提供的图片修改)
牛是赖斯大学地球、环境和行星科学教授，二十多年来一直处于地震成像研究的前沿。20多年前，当他在日本攻读博士学位时，研究人员使用密集的地震台站网络来收集太平洋板块沉没板块边界的首批详细图像，本周发表的研究中对太平洋板块进行了成像。
” Niu说，日本位于太平洋板块深度约100公里的地方。“有很多水在这个板，它产生了很多部分熔化。由此产生的弧火山帮助日本的形成。但是，我们仍然在争论，在那个深度，这些水是否完全被释放出来。越来越多的证据表明，一部分水停留在板块内部，流得更深
中国东北是调查这一事实的最佳有利地点之一。该地区距离太平洋板块开始向6037内部俯冲的日本海沟大约1000公里。2009年,在美国国家科学基金会和其他的资助下,妞妞和德克萨斯大学奥斯汀分校的科学家,中国地震局地震研究所的东京大学和研究预测地震和火山喷发中心Japan’s东北大学开始安装宽频地震仪在该地区。
” Niu说:我们在那里安置了140个监测站，当然监测站越多，分辨率就越高。中国科学院增设了观测站，这样他们可以得到更精细、更详细的图像
中国东北地区的地震成像显示了一个构造板块(蓝色)的顶部(X1)和底部(X2)边界，这个板块以前位于太平洋底部，现在被拉入地球6037的地幔过渡带，位于地球6037表面之下约540 -410英里(410-660公里)。(图片由F. Niu/莱斯大学提供)
在新的研究中，来自观测站的数据揭示了太平洋板块的上边界和下边界，在地幔过渡带内以25度角向下倾斜。该区域内的位置对于地幔对流的研究很重要，因为过渡区位于软流圈之下，在压力增加导致特定地幔矿物发生剧烈相变的深度。矿物的这些阶段在地震剖面上的表现非常不同，就像液态水和固态冰的表现非常不同，尽管它们是由相同的分子构成的。由于地幔过渡带的相变发生在特定的压力和温度下，地球科学家可以像使用温度计一样使用它们来测量地幔的温度。
牛说，这块板块的顶部和底部都能看到，这证明这块板块与周围的地幔完全混合了。他说，板块下地幔部分融化部分的热信号也提供了间接证据，表明板块将一部分水输送到了过渡区。
” Niu说，问题是如何解释这些热物质是如何落入地幔的深处的。还有一个问题。因为它们热，所以它们是浮力
这幅图展示了太平洋板块俯冲过程中的孔洞可以让热量逸出，推动中朝边境长白山地区的火山活动，即使板块继续下沉到地幔中。(图片由F. Niu/莱斯大学提供)
浮力应该起到救生圈的作用，把下沉板的底面向上推。牛说，这个问题的答案可能是在变形的平板上出现了洞，使得热熔物在平板下沉时上升。
他说:如果你有一个洞，熔体就会出来。这就是为什么我们认为平板可以更深的原因
火山洞也可以解释火山的出现，比如中朝边境的长白山火山。
“It’s距离板块边界1000公里，”牛说。我们并不真正了解这种火山的机制。但从平板上的孔中升起的熔体可能是一种可能的解释
研究的合作者包括王鑫和胡安·李,中国科学院,Shengji魏的Singapore’s南洋理工大学,中国地震局Weijun王,加州理工学院的约翰布臣,一派伊利诺伊大学香槟分校的刘。该研究由中国科学院和国家自然科学基金资助。
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