你真的了解地球的地幔吗?(2)

通过采集地震数据的传播时间等参数,可以制作压缩速度、剪切速度(纵波和横波穿越某一物质的速度)、矿物物理等相关特征模型,其中矿物物理模型能够直接将各种物质和组成联系起来。利用这些模型可以对地幔的组成进行校正,也可以进行热量和化学研究,例如,人们一直关心地幔是否存在着化学分层。

5.地幔的层及其边界

历经一个世纪的地震数据填充了地幔的一些空白。地幔主要有三层,上层从地壳底部开始到地下660千米深处,很多工作人员认为这个过渡区域在410到660千米之间,在这两个深度之间,矿石会发生主要的物理变化。

地幔

地幔

地幔的中间层位于地下660到2700千米之间,地震波会强烈影响这个区域,大多数研究人员相信下面的岩石会发生不同的化学变化。地幔的最下层是一个有争议的层,大约200千米厚,有一个奇怪的名字,称为“D层”。随着地震层析成像分辨率的不断提高和形成于地核巨大压力和温度下的新矿物的发现,核幔边界的200千米厚的D层已经成为地幔最终命运的研究热点。利用地震波的传播时间及其穿越地幔的“全部信号”,如一些地震波可能穿越好几个边界层,而其它一些则可能在两个边界层间不断地反弹。过去常常因为地震波的复杂性而不能够测定的这些分散的反射物,现在都可以测定。这样,科学家们就有能力再现近地核区域的极端条件,进而更好地了解D层的性质。

地幔

地幔

6.为什么地幔很特殊?

因为地球的大部分是地幔,地幔是地质学的基础。从地球诞生之日起,地幔就以铁质地核上面的熔岩形态存在。当地球凝固时,没有形成矿物的元素就像泡沫一样固化为地壳,再其后40亿年漫长的循环流动中,随着地面板块构造运动,至少最上层的部分一直在冷却、搅动并进行水合反应。

有关地壳的形成也是一个长期的谜。形成地壳的熔岩是从地幔间歇性地运送到地表呢,还是持续缓慢地到达地表?近期科学家对地表古地幔中抗蚀矿物的同位素特征和日期进行了研究,他们发现抗蚀矿物的生成日期与地壳形成日期非常接近,由此表明数10亿年前,地壳以很快的速度在很短的时间内从地幔中形成。

相比于地球的姊妹行星--水星、金星和火星的构造,地球具有一个活动的、多动的地幔,这要特别感谢地球有一个明显的与众不同的表面成分:水。很久以前,地球渐渐形成漂移的板块、剧烈搅动的地幔和致密的地核,随着释放出的自由氧气和热量,诞生了一个有生命的行星。(小尔)