地球表面的世界一直以來(lái)被人類(lèi)所占據(jù)，但是地表下的世界呢？人類(lèi)極少踏足的世界到底長(zhǎng)什么樣？似乎人類(lèi)從未探知過(guò)。

近日地球物理學(xué)家利用玻利維亞一場(chǎng)大地震的數(shù)據(jù)，在我們腳下660公里的地幔過(guò)渡帶底部發(fā)現(xiàn)了山脈，向我們展示了一個(gè)未知的世界。雖然他們的統(tǒng)計(jì)模型不允許精確測(cè)量高度，但這些山可能比地球表面的任何東西都大。研究人員還檢查了過(guò)渡帶的頂部(地表下下410公里)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)類(lèi)似的粗糙度。

據(jù)了解，來(lái)自普林斯頓大學(xué)的地震學(xué)家杰西卡·歐文與當(dāng)時(shí)的研究生吳文波和另一位合作者合作，利用分散的地震波測(cè)定了地幔內(nèi)一層過(guò)渡區(qū)的頂部和底部的粗糙度。他們發(fā)現(xiàn)，位于410公里以下的過(guò)渡帶頂部大部分是平滑的，但660公里以下的過(guò)渡帶底部，在某些地方比全球地表平均水平粗糙得多。科學(xué)家甚至稱(chēng)，在660公里的邊界線上，有比落基山脈或阿巴拉契亞山脈更強(qiáng)的地形！這是令人驚嘆的發(fā)現(xiàn)！

在這項(xiàng)研究中，關(guān)鍵數(shù)據(jù)來(lái)自1994年玻利維亞發(fā)生8.2級(jí)地震?？茖W(xué)家稱(chēng)，最好的數(shù)據(jù)來(lái)自7.0級(jí)或更高級(jí)別的地震，因?yàn)樗鼈兿蚋鱾€(gè)方向發(fā)出的沖擊波可以穿過(guò)地核到達(dá)地球的另一端，然后再返回。我們知道，科學(xué)家為了深入觀察地球，必須通過(guò)考察地球上最強(qiáng)大的地震波，這些波是由大地震產(chǎn)生的。大地震比小地震的威力要大得多——里氏震級(jí)每上升一步，能量就會(huì)增加30倍，而大地震不會(huì)將能量消耗在地殼中，而是能讓整個(gè)地幔運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)。

隨后地震學(xué)家和數(shù)據(jù)科學(xué)家使用強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，包括普林斯頓大學(xué)的Tiger超級(jí)計(jì)算機(jī)集群，來(lái)模擬地球深處復(fù)雜的散射波行為。這項(xiàng)技術(shù)依賴(lài)于地震波的一個(gè)基本特性:它們的彎曲和反彈能力。就像光波通過(guò)棱鏡時(shí)能從鏡子上反射或彎曲(折射)一樣，地震波直接穿過(guò)均質(zhì)巖石，但遇到任何邊界或粗糙度時(shí)就會(huì)反射或折射。

“我們知道，幾乎所有的物體都有表面粗糙度，因此會(huì)散射光線，這就是為什么我們可以看到這些物體其散射波攜帶有關(guān)表面粗糙度的信息。在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家研究了在地球內(nèi)部傳播的散射地震波，以限制地球660公里邊界的粗糙度。

結(jié)果研究人員發(fā)現(xiàn)這個(gè)邊界比我們生活的表層還要粗糙。換句話(huà)說(shuō)，在660公里的邊界線上，有比落基山脈或阿巴拉契亞山脈更強(qiáng)的地形。但是在這個(gè)邊界上也不是完全雷同，粗糙度也不是均勻分布的，正如地殼表面有平滑的海底和巨大的山脈，660公里的邊界有粗糙的區(qū)域，也有平滑的部分。研究人員還檢查了地幔中部“過(guò)渡帶”頂部410公里以下的一層，他們沒(méi)有發(fā)現(xiàn)類(lèi)似的粗糙度。

科學(xué)家興奮地稱(chēng)，這是一項(xiàng)重要的發(fā)現(xiàn)，660公里的邊界線上存在的粗糙度對(duì)于理解我們的星球是如何形成并繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的有著重要的意義。這一層將占地球體積84%的地幔分為上下兩部分。多年來(lái)，地球科學(xué)家一直在爭(zhēng)論這個(gè)界限到底有多重要。特別是，他們已經(jīng)研究了熱量是如何在地幔中傳播的——熱巖石是如何從地核-地幔邊界(大約2000英里以下)順利地向上移動(dòng)到地幔頂部的，還是這種轉(zhuǎn)移在這一層中斷了。一些地球化學(xué)和礦物學(xué)證據(jù)表明，上地幔和下地幔在化學(xué)上是不同的，這支持了這兩個(gè)部分在熱和物理上不混合的觀點(diǎn)。另一些觀測(cè)結(jié)果表明，上地幔和下地幔之間沒(méi)有化學(xué)差異，這導(dǎo)致一些人提出所謂的“混合良好的地?！?，即上地幔和下地幔參與相同的傳熱循環(huán)。

而現(xiàn)在，通過(guò)這項(xiàng)研究科學(xué)家發(fā)現(xiàn)660公里邊界線較平坦的區(qū)域可能是由于更徹底的垂直混合，而較粗糙的山區(qū)可能是由于上地幔和下地幔不混合而形成的。

此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，存在于大尺度、中尺度和小尺度上的粗糙度，理論上可能是由熱異?；蚧瘜W(xué)異質(zhì)性引起的。但是吳解釋說(shuō)，由于熱量在地幔內(nèi)部的傳輸方式，任何小規(guī)模的熱異常都會(huì)在100萬(wàn)年之內(nèi)被消除。這只留下化學(xué)差異來(lái)解釋他們發(fā)現(xiàn)的小規(guī)模粗糙度。

這些結(jié)果令人興奮之處在于，它們?yōu)槲覀兲峁┝诵碌男畔ⅲ瑤椭覀兞私庖呀?jīng)下降到地幔中的古代構(gòu)造板塊的命運(yùn)，以及古代地幔物質(zhì)可能仍然存在的地方，最終幫助我們揭開(kāi)地球歷史地質(zhì)變化的面紗。