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张宇翔   2021年03月01日 08:14

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    科技日报合肥2月24日电 (记者吴长锋)记者从中国科大获悉,该校和中科院测地所的科研人员与国际同行开展合作,首次发现了非对称路径660千米间断面散射波震相,揭示了地幔410及660千米间断面的小尺度起伏特征,为地幔对流模式研究提供关键证据,研究成果日前在国际权威期刊《科学》上发表。

    板块构造学说是固体地球科学的基石,刻画了岩石圈的基本运动学特征,而地幔对流理论则为理解板块运动提供了动力学基础。然而长期以来,地幔对流模式的研究一直存在巨大的争议,分歧主要集中于全地幔对流和上下地幔分层对流两个模式。近年来还有一些学者提出了地幔混合对流模式猜想,即一些区域地幔分层对流、其他区域上下地幔整体对流。

    科研人员数年间搜集了全球密集台阵记录到的深震波形,开展了慢度、偏振、到时、包络形态等多震相特征分析,计算了一系列理论散射地震图、并与实测地震波形对比,发现了660千米界面小尺度起伏导致的前驱散射波,而且该信号强度存在区域差异。对应于410千米界面的前驱散射波没有被观测到,表明该界面比较平滑。该研究以PKiKP、PKKKP等体波作为参考震相,估计了660千米间断面小尺度起伏的幅度,估计其功率谱系数C2D量级为10—1000米,远大于地表的小尺度起伏(C2D为米级),表明660千米间断面小尺度起伏远比地表的更剧烈。

    基于地震学的观测与分析,科研人员提出410千米界面主要成因为相变,660千米界面则不完全为相变面,在一些区域还应该是化学分界面,在其他区域化学分层不明显。这项研究成果支持了地幔混合对流模式,进一步深化了对地球动力学的理解。

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