中國科學技術大學教授孫道遠課題組與瑞士伯爾尼大學Dan J. Bower合作，在地球核幔邊界大尺度超低速異常體結構研究領域取得重要進展。他們獲得了太平洋下方迄今所發(fā)現(xiàn)的最大尺度超低速帶的三維結構。相關成果近日發(fā)表于《自然—通訊》。
地球核幔邊界廣泛分布著超低速帶，它是核幔邊界存在的一種異常結構。目前觀察到的大多數(shù)超低速帶，聚集在下地幔大尺度低速體的邊緣，其詳細特征在地球演化研究中具有特殊意義。
已有研究指出，太平洋下地幔大尺度低速體的北部邊界存在超大尺度柱狀超低速帶，但由于缺乏南—北方向數(shù)據(jù)，該超低速帶的位置、大小等信息尚不清楚。2016年以來，隨著阿拉斯加地區(qū)地震監(jiān)測臺站數(shù)量不斷增加，利用南—北、東—西兩個方向地震數(shù)據(jù)“繪出”該區(qū)域內(nèi)大尺度低速體的邊界與超低速帶三維結構成為可能。
課題組通過對兩個方向不同地震波的測量，確定太平洋大尺度低速體北部邊界處的高度約900千米、大尺度低速體內(nèi)部的橫波速度擾動以及大尺度低速體向北傾斜的邊界特征。他們進一步利用波形擬合的方法，得到超大尺度超低速帶的三維結構，其尺寸約1500×900千米，高度約50千米，S波波速降為10%。根據(jù)超低速帶內(nèi)部的橫縱波速度擾動比值，課題組認為它是由化學異常所造成的。
結合大尺度低速體、超低速帶以及古老俯沖板片的位置關系，課題組對超大尺度超低速帶的形成提出假說，認為太平洋大尺度低速體的北部邊界處存在長期穩(wěn)定由俯沖板片主導的水平地幔匯聚流，小尺度的超低速帶在地幔流的作用下不斷在大尺度低速體的邊緣處累積，最終形成現(xiàn)在探測到的超大尺度超低速帶。同時，由于地幔流的作用，大尺度低速體也形成了向北傾斜的形態(tài)。
相比之下，太平洋大尺度低速體東北緣探測到的小尺度超低速帶，是剪切地幔流將大尺度超低速帶不斷破碎化所造成的，而其導致的熱不穩(wěn)定性可能會觸發(fā)地幔熱柱產(chǎn)生，因此夏威夷熱點下方地幔熱柱的起源更可能來源于大尺度低速體東北部邊界。
課題組假說與動力學研究結果有很好的相關性。這一成果顯示了更精確的地震圖像，對認識地球下地幔動力學過程具有重要意義。(桂運安 王敏)
關鍵詞： 太平洋下方 最大尺度超低速帶三維結構 超低速帶結構研究 地球核幔邊界
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