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中国科大等在地球深内部物质和结构异常成因研究中取得进展

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发表于 2020-1-14 17:26:18 | 显示全部楼层 |阅读模式
近期,中国科学技术大学地球和空间科学学院教授吴忠庆课题组与教授孙道远以及中国科学院紧密丈量科学与技术创新研讨院研讨员倪四道合作,发现爬升至下地幔的洋壳物资具有明显不同于四周地幔的波速和密度,且波速和密度很是依靠于深度,可以大要很好地表白地震学观察到的下地幔小标准散射体和大标准高速很是体,表白爬升洋壳是地球深部物资不均一性的严重根源。该研讨以Velocity and density characteristics of subducted oceanic crust and the origin of lower-mantle heterogeneities 为题在线颁发在国际综合学术期刊《自然-通讯》(Nature communications)上。
了解地球的物资组成对大白地球初步、演变与动力学进程相当严重。地球内部圈层可大略分为地壳、上地幔、下地幔和地核。下地幔是地球内部最严重的圈层之一,深度范围约为660-2900千米,其体积和质量占比高达55%和52%,是地球演变的压舱石。固然很难过到来自下地幔的样品,可是地震波具有穿透全部地球的本事,从而供给了地球深内部结构探测的关键本事。近年来,随着地震波观察、分析与模仿技术的成长,地震学者发现鄙人地幔存在很多标准纷歧的很是体,包含大标准(几百至上千千米)的高速和低速很是体和小标准(几千米)的散射体。尤其著名的低速很是体是位于非洲战争静洋板块底下的大型低剪切波速省(LLSVPs),其横向和径向标准可达上千千米。这些很是体的成因对大白地球内部结构与物资组成起着关键的感化,对制约地球初步和动力学演变亦为严重,是地球科学研讨的热门与前沿题目。
和此外类地行星相比,地球具有一个很是怪异的特点——板块活动和爬升。板块可以爬升至地球深部以致核幔界限,从而鄙人地幔构成化学物资不均一性。爬升洋壳是爬升大洋岩石圈最上面一层的硅酸盐物资,相比于一般地幔,其更富含SiO2,很大如果下地幔不均一性的严重根源。现在,关于下地幔的很是严重由地震波速表征,是以,展开爬升洋壳鄙人地幔温度和压强条件下的波速特征研讨具有关键的意义。
下地幔的压强和温度可达130GPa和3000K。鄙人地幔高温高压条件下,爬升洋壳严重是由布立基曼石、SiO2相、含铝相和钙钙钛矿组成。通太高压尝试切确丈量矿物鄙人地幔温压条件下的波速很是困难,是以数据很是有限。而基于第一道理的矿物物理学盘算在研讨不同元素、多种矿物组合的波速方面,具有灵活、高效的上风。吴忠庆课题组在早些年成长了一种基于第一性道理的高温高压弹性和波速盘算方式,盘算服从稀有目级的提拔。经过数年的研讨积聚,该课题组肯定了爬升洋壳鄙人地幔温压条件的波速和密度特征(图1)。研讨结果表白,洋壳的波速随深度变化而变化:在斯石英相酿成CaCl2-型石英的深度区间,洋壳表示为低波速,横波波速很是高达-10%;在更深处,洋壳则表示为高波速,横波波速很是约1.5-2.5%。这意味着LLSVPs的低剪切波速不太大如果洋壳致使,而地震学层析成像发现的下地幔高速体很大要反应了洋壳的聚积。是以,爬升洋壳鄙人地幔并非简单地表示为高速大要低速,而是取决于深度。爬升洋壳可以很好地表白下地幔下部的高速很是体和在全部下地幔发现的散射体(图2),这项结果为进一步研讨下地幔物资很是和动力学进程供给了关键熟悉。
论文配合第一作者为王文忠和徐印涵,近期博士结业于吴忠庆研讨组;王文忠和吴忠庆为论文配合通讯作者;中国科大为该论文第一单元。该工作由中科院先导专项、科技部“973”项目、国家自然科学基金项目帮助。
图1 (a)(b)(c)爬升洋壳的波速和密度;(d)(e)(f)爬升洋壳相对于一般地幔(PREM)的波速和密度很是
图2 爬升洋壳与下地幔波速很是体的关系暗示图

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