在地球的所有深层内部特征中，这些是最迷人和最复杂的。 我们现在有了第一个确凿的证据来证明它们的内部结构——这是深地地震学的一个真正里程碑。
地球的内部像洋葱一样分层：中心是铁镍核心，周围是一层厚厚的地幔，顶部是薄薄的外壳——我们赖以生存的地壳。 虽然地幔是坚硬的岩石，但它足够热，流动极慢。 这些内部对流将热量输送到地表，推动构造板块运动并助长火山喷发。
科学家们利用地震产生的地震波“看到”地球表面之下——这些波的回声和阴影揭示了类似于雷达的深层内部地形图像。 但是，直到最近，核心-地幔边界结构的“图像”是研究我们星球内部热流的关键区域，一直是颗粒状的，难以解释。
本研究中使用的事件和 Sdiff 射线路径。 A) 剖切夏威夷超低速带中心的横截面，显示一维地球模型 PREM 的 Sdiff 波在 96 、100 、110 和 120 处的射线路径。 从上到下的虚线分别标记了 410 公里、660 公里的不连续面和 2791 公里（地幔边界以上 100 公里）。 B) 背景层析成像模型 SEMUCB_WM1 在 2791 公里深度的事件和 Sdiff 射线路径。 用不同颜色绘制的事件沙滩球，包括 20100320（黄色）、20111214（绿色）、20120417（红色）、20180910（紫色）、20180518（棕色）、20181030（粉色）、20161122（灰色）、车站（三角形）和射线在本研究中使用的最下地幔中穿透深度 2791 公里处的 Sdiff 波路径。 短期分析中使用的事件以黄色突出显示。 建议的 ULVZ 位置以黑色圆圈显示。 虚线显示在 A 中绘制的横截面。来源：Nature Communications，DOI：10.1038/s41467-022-30502-5
研究人员使用最新的数值建模方法来揭示核幔边界的千米级结构。 开发这些方法的合著者冷光大博士的说法 牛津大学 ，“我们确实在推动弹性动力学模拟的现代高性能计算的极限，利用以前未被注意到或未使用的波对称性。” 目前在科学技术设施委员会工作的 Leng 表示，这意味着与以前的工作相比，他们可以将图像的分辨率提高一个数量级。
研究人员观察到，在夏威夷下方超低速区底部传播的地震波速度降低了 40%。 这支持了现有的提议，即该区域比周围的岩石含有更多的铁——这意味着它更密集、更缓慢。 剑桥地球科学的项目负责人 Sanne Cottaar 博士说：“这种富含铁的材料有可能是地球早期历史中古代岩石的残余物，或者甚至铁可能以未知的方式从地核中泄漏出来。”
项研究还可以帮助科学家了解下面是什么，并产生了夏威夷群岛等火山链。 科学家们已经开始注意到夏威夷和冰岛等热点火山的位置与地幔底部的超低速带之间的相关性。 热点火山的起源一直存在争议，但最流行的理论认为，羽状结构将热地幔物质从核心-地幔边界带到地表。
有了夏威夷下方超低速区的图像，该团队还可以从可能是夏威夷的羽流根部收集稀有的物理证据。 他们对夏威夷下方致密、富含铁的岩石的观测将支持地表观测。 “从夏威夷喷发的玄武岩具有异常的同位素特征，可能指向早期地球起源或核心泄漏，这意味着必须将一些堆积在底部的致密物质拖到地表，”科塔尔说。
现在需要对更多的核幔边界进行成像，以了解所有地表热点是否在底部都有一个致密物质袋。 核幔边界的目标位置和方式取决于地震发生的位置，以及安装地震仪记录地震波的位置。
该团队的观察增加了越来越多的证据表明地球的内部深处与表面一样多变。 “这些低速带是我们在极端深度看到的最复杂的特征之一——如果我们扩大搜索范围，我们很可能会在核心-地幔边界看到结构和化学的复杂程度不断提高，”李说。
他们现在计划应用他们的技术来提高核心-地幔边界其他口袋成像的分辨率，以及绘制新区域的地图。 最终，他们希望绘制跨越核幔边界的地质景观，并了解它与地球动力学和演化历史的关系。
