科学Science刊文发布首个高分辨率地球核幔边界综合视图 |

【科学Science刊文发布首个高分辨率地球核幔边界综合视图】

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2020年6月12日，《科学》（Science）杂志刊发文章《序列地震图：核幔边界区域散射的全景图》（Sequencing seismograms: A panoptic view of scattering in the core-mantle boundary region）称，马里兰大学研究人员使用了一种称为序列器（Sequencer）的机器学习算法，分析了数千地震波沿着核幔边界的地震回波（echoes）特征，获得了整个太平洋区域地震波回波的全景视图，并且发现地球核幔边界存在比以前已知更广泛的异质结构，即存在异常密集的热岩区域。这些成果对于未来地球深部探测、板块构造运作机制及地球演化历史研究至关重要。
地震在地表以下产生了行进数千英里的地震波。当波浪遇到岩石密度，温度或成分的变化时，它们会改变速度，弯曲或散射，从而产生可以被检测到的回波。来自附近建筑物的回声更快地到达，而来自较大建筑物的回声则更大。通过测量这些回波到达不同位置的地震仪时的传播时间和振幅，科学家可以开发出隐藏在地表以下的岩石物理特性的模型。但是，目前的回波分析大多零散地关注特定目标区域。
在该研究中，来自马里兰大学的研究人员集中研究了太平洋盆地下传播的地震回波。研究人员基于Sequencer算法分析了1990—2018年发生在太平洋盆地的数百次6.5级及以上地震的7000次地震记录，结果在大约40%的地震波传播中都发现了回波，意味着核幔边界的异质结构范围要比之前认为的要广泛得多。
该算法由来自约翰霍普金斯大学和特拉维夫大学的研究合作开发，早先用于发现来自遥远恒星和星系的辐射模式。研究人员分析发现，在南太平洋火山马克萨斯群岛（Marquesas Islands）下面存在一个以前未知的地质结构，并表明夏威夷群岛下方的核幔边界上有一块很大、密度很高的热物质斑块，它产生了独特且明显的回波，这表明它比以前估计的还要大，这种斑块被称为超低速带（ULVZ），位于火山羽流的根部，在那里热岩石会从核幔边界区域升起，形成火山岛。此外，研究还发现了在马克萨斯群岛下方的一个超低速带斑块。
研究人员表示，此项研究将有助未来地球深部探测和研究，并且为更好的理解板块运动机制和地球演化历史提供了支撑。此外，该项研究除了地球科学研究的重大发现之外，还显示出基于机器学习算法的手段可以以前所未有的方式帮助研究人员将全球地震图数据关联起来，从而以更系统宏观的视角开展地球科学研究。
转载本文请注明来源及作者：中国科学院兰州文献情报中心《地球科学动态监测快报》2020年第12期，刘文浩编译。