地质学家发现太平洋下方神秘的俯冲带，重塑对地球内部的认识

马里兰大学的科学家发现了恐龙时代古代海底沉入地球深处的证据，挑战了有关地球内部结构的现有理论。这片以前未被研究过的海底区域位于东太平洋海隆（东南太平洋海底的一个构造板块边界），为我们了解地球的内部运作及其表面在数百万年来的变化提供了新的线索。团队的发现已发表在日记中科学进步2024 年 9 月 27 日。

在地质学博士后研究员王景川的带领下，该团队利用创新的地震成像技术深入观察地幔，即地球地壳和地核之间的层。他们发现了一个异常厚的区域，位于地球表面以下约 410 至 660 公里的区域。该区域将上地幔和下地幔分开，并根据温度而膨胀或收缩。研究小组认为，新发现的海底也可以解释太平洋大低剪切速度省（LLSVP）的异常结构——地球下地幔的一个巨大区域——因为LLSVP似乎被板片分开。

王说：“这个增厚的区域就像一块古老海底的指纹化石，大约在 2.5 亿年前潜入地球。” “它让我们得以一睹地球过去从未有过的过去。”

当一个构造板块滑到另一个构造板块下方时，就会发生俯冲，将表面物质回收回地幔。这一过程通常会留下明显的运动证据，包括火山、地震和深海海沟。虽然地质学家通常研究通过检查地球表面发现的岩石样本和沉积物，王与地质学教授 Vedran Lekic 和副教授 Nicholas Schmerr 合作，利用地震波探测海底。通过检查地震波如何穿过地球的不同层，科学家们能够绘制隐藏在地幔深处的结构的详细地图。

“你可以把地震成像想象成类似于 CT 扫描的东西。它基本上让我们能够获得地球内部的横截面视图，”王说。 “通常情况下，海洋板块的物质会被地球完全消耗掉，在地表上不会留下明显的痕迹。但是，通过这个角度观察古代俯冲板块，让我们对地球深层结构与地表地质之间的关系有了新的认识，而这些关系并没有在地球表面形成。”之前就很明显了。”

研究小组的发现让他们感到惊讶：物质在地球内部的移动速度比之前想象的要慢得多。王认为，研究小组发现的该区域的异常厚度表明，地幔过渡带的这一部分存在较冷的物质，这暗示着一些海洋板块在穿过地幔下沉时被卡在了一半。

王解释说：“我们发现，在这个区域，物质下沉的速度大约是我们预期的一半，这表明地幔过渡带可以像屏障一样减缓物质在地球上的运动。” “我们的发现提出了新的问题，即地球深处如何在遥远的距离和时间尺度上影响我们在地表看到的东西。”

展望未来，该团队计划将他们的研究扩展到太平洋及其他地区。王希望创建一个更全面的古代俯冲和上升流（俯冲物质加热并再次上升到地表时发生的地质过程）区域及其对地球深层和表面结构的影响的地图。随着通过这项研究，王和其他科学家正在改进他们的地壳板块在地球历史上如何移动的模型。

“这只是一个开始，”王说。 “我们相信，在地球深处还有更多古老的结构等待被发现。每一个都有可能揭示关于我们星球复杂过去的许多新见解，甚至有助于更好地了解我们以外的其他行星。”

论文“中生代洋内俯冲塑造了东太平洋海隆下方的下地幔”，发表于科学进步2024 年 9 月 27 日。