![]()
![]()
核幔邊界(core-mantle boundary, CMB)是地球內(nèi)部極其重要的區(qū)域。流體外核和固體下地幔之間的相互作用,直接影響到地球的熱量傳輸、地磁場變化以及深部動力學過程。但是,一直以來,科學家對于核幔邊界是如何隨時間演化的仍知之甚少。
在一項新發(fā)表于《地球物理研究快報》的研究中,一個研究團隊基于GRACE(重力測量和氣候?qū)嶒灒?strong>衛(wèi)星的觀測,發(fā)現(xiàn)大約20年前,在距離地表數(shù)千公里、靠近地核的物質(zhì),曾經(jīng)歷過一次神秘的變化。而這一變化可能源于核幔邊界附近部分巖石結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變,使其密度增加。
這一發(fā)現(xiàn)之所以成為可能,是因為這類地質(zhì)變化會改變地球的重力場。而GRACE衛(wèi)星可以探測到這種變化。
探測重力的衛(wèi)星
GRACE衛(wèi)星于2002至2017年間繞地球運行,由兩顆一前一后、相隔約220千米飛行的衛(wèi)星構(gòu)成。這個衛(wèi)星系統(tǒng)能探測到小于每秒1微米的相對速度變化,通過監(jiān)測兩顆衛(wèi)星之間的距離變化,就可以推算重力。
![]()
(圖/NASA)
當GRACE衛(wèi)星飛過像高大山脈這樣的巨大質(zhì)量體時,前方的衛(wèi)星會先感受到額外重力的作用并加速,從而稍微拉開與后方衛(wèi)星的距離。這種細微變化可以被精確測量,并與重力的變化對應(yīng)起來。利用GRACE衛(wèi)星間距的變化,并結(jié)合其他觀測模型,科學家可以監(jiān)測地球表面水體的分布、冰蓋的質(zhì)量損失、海底壓力的波動以及海平面的升降。
然而,GRACE的探測能力遠不止于此。此前,地球物理學家Isabelle Panet就曾利用GRACE的探測數(shù)據(jù),捕捉到大地震之前發(fā)生在數(shù)百千米深處的質(zhì)量變化。這讓她意識到,這對衛(wèi)星或許能探測到更深的層次——深入到接近2900千米深處的核地幔邊界。
2007年東大西洋的異常信號
于是,她與研究團隊查閱了GRACE衛(wèi)星在2003–2015 年間的數(shù)據(jù),分析了地球重力場在時空上的變化,尋找大尺度的“瞬態(tài)(短期)重力變化”信號。
在這些數(shù)據(jù)中,他們發(fā)現(xiàn)了一個異常信號:在2007年1月左右,東大西洋出現(xiàn)了一個異常的南北方向的重力信號,這個信號在幾個月到幾年內(nèi)發(fā)生了變化。
經(jīng)過排查,他們發(fā)現(xiàn)這一信號無法僅用地表水體質(zhì)量變化來解釋。而是可能來自更深的地方,至少有一部分必須源自地幔最底部,即位于核幔邊界處。
地幔深處的礦物變身假說
研究人員聯(lián)想到,就在這種重力異常出現(xiàn)的同一時期,曾有科學家利用觀測地球磁場變化的衛(wèi)星,探測到2007年左右在同一區(qū)域發(fā)生的一些地磁擾動。
因此,研究人員認為,最新的重力異常信號,或許能與之前對磁場變化的觀測聯(lián)系在一起,形成一個連貫的解釋。
在這種假設(shè)下,研究團隊提出,這一信號可能與地幔底部的一種礦物變化有關(guān):即那里的鈣鈦礦在地球深處的巨大壓力下發(fā)生了結(jié)構(gòu)重排,轉(zhuǎn)變?yōu)楹筲}鈦礦相。這一轉(zhuǎn)變又會反過來導致這一區(qū)域的巖石密度增大、質(zhì)量增加。
隨后,鄰近巖石的位置發(fā)生了輕微移動,質(zhì)量被重新分布。這種變化逐漸擴散,最終可能影響到核幔邊界,使其形狀在大約2年的時間里發(fā)生了“分米級”的起伏。核幔邊界上哪怕出現(xiàn)如此細微的變化,也可能改變地核中的液體流動,并以奇異的磁場信號表現(xiàn)出來。
地球動力學的線索
這是一項利用衛(wèi)星探測的重力和磁場數(shù)據(jù),間接捕捉地幔深部動力學的研究。它的核心結(jié)論是,地球深處的質(zhì)量重新分布,可能會在幾年內(nèi)引起可測量的重力和地磁變化。
這項研究將有助于科學家更深入地理解地球各層之間的聯(lián)系——從脆弱的地殼,到堅固的地幔,再到部分液態(tài)的地核。這些層之間的相互作用,不僅關(guān)系到大地震的起源,也決定著地球如何維持磁場,從而抵御太陽風暴等外部威脅。
不過,研究人員表示,他們給出的解釋仍然只是推測,還需要更多研究來加以驗證。目前,研究人員在衛(wèi)星數(shù)據(jù)中尚未發(fā)現(xiàn)除2007年以外的其他大規(guī)模重力異常。但他們計劃持續(xù)監(jiān)測 GRACE的后續(xù)衛(wèi)星的數(shù)據(jù),以便探尋地球深處是否還存在其他神秘的變化。
##參考來源:
https://www.nature.com/articles/d41586-025-03007-6
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2025GL116408
#圖片來源:
封面圖&首圖:NASA
特別聲明:以上內(nèi)容(如有圖片或視頻亦包括在內(nèi))為自媒體平臺“網(wǎng)易號”用戶上傳并發(fā)布,本平臺僅提供信息存儲服務(wù)。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.