南太平洋群島下方發現新的密集物質結構,寬約 1,000 公里

作者 | 發布日期 2020 年 06 月 16 日 8:30 | 分類 環境科學 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


地球科學家知道地球內部存在一些異於地函和地核的結構,然而相關數據有限,難以確定結構的深度與組成。最近一個國際團隊使用新演算法分析過去 30 年來的地震圖,新揭露南太平洋馬克薩斯群島(Marquesas)正下方也有塊巨大且密集的結構,被稱為震波超低速帶。

與醫生利用超音波觀察人體內部的方式類似,地球科學家也使用地震波來探測地球內部結構,然而和前者相比,後者顯然艱鉅許多:需要等待地震發生才能記錄數據,且訊息很零星,除了數據來源被限制在一個很小的區域外,大多數情況也無法區分較弱的迴聲和噪聲。

但透過一種新的演算法,來自馬里蘭大學(UMD)、約翰·霍普金斯大學和以色列臺拉維夫大學的國際團隊分析了成千上萬條地震波,識別來自地核與固體地函邊界的回波,發現馬克薩斯群島正下方有一個巨大的、以前未知的結構,由異常密集的熱岩石組成。

地震在地表以下產生行進數千公里的地震波,當波遇到岩石密度、溫度或成分變化時,它們的行進速度也會改變,進而產生可以被檢測到的回波;來自靠近地表結構的迴聲更快地到達,而來自較大結構的迴聲更大,透過測量這些回波抵達不同位置地震儀時經歷的傳播時間與振幅,科學家可以開發出隱藏在地表以下的岩石模型,該過程類似於蝙蝠迴聲定位的方式。

在新研究中,科學家專注於尋找剪力波沿地函邊界傳播時產生的回波,如果一次只查看單張地震圖,則剪立波的回波很難與隨機噪音區分。但若一次查看多張地震圖,就能發現相似性與模式,團隊利用一種稱為 Sequencer 的新演算法,分析 1990~2018 年間太平洋發生數百次 6.5 級及以上地震的 7,000 張地震圖。

該方法原本是開發用來尋找遙遠恆星與星系輻射,沒想到嘗試應用在探測地震回波時也大有助力,揭開地函邊界一些意外的結構。

團隊指出,約有 40%地震波路徑都發現回波,這代表在地函邊界的異常結構比以前設想的還要寬廣,尤其夏威夷下方有一塊相當密集的物質會產生獨特響亮迴聲,被稱為震波超低速帶(ultra-low velocity zones,ULVZs,註)。

但這次,科學家在馬克薩斯群島下方也發現先前未知的震波超低速帶,直徑約 1,000 公里,厚 25 公里。

隨著新技術幫助我們得出更高分辨率的地球內部結構圖,將幫助地質學家推斷出結構的化學性質與溫度,解開地球核心這些奇怪區域的真面目。

新論文發表在《科學》(Science)期刊。

註:超低速帶得名地震波以較慢的速度穿越它們,但超低速帶的構成仍是個謎,其化學成分可能不同於地球的鐵鎳合金芯和矽酸鹽岩地函。

(首圖來源:約翰·霍普金斯大學