歪打正着！土耳其地震研究新发现：隐藏在地球下方新的熔融岩层

土耳其“躺”在地震带上，所以地震频发，关注和研究土耳其下方地球地幔的华俊林（音译）博士后，可以说歪打正着，意外有了新发现——隐藏在地球下方几乎普遍存在的熔岩层！

土耳其铁轨因强震而扭曲

土耳其道路因强震而横向断裂错位

按照传统概念，我们赖以生存的地球构造组成，从外向内依次是薄薄的地壳、地幔、外核和内核。

地球构造示意

地球构造示意

华俊林博士后关注的地幔结构又分为上地幔和下地幔。其中，在上地幔顶部、地表岩石圈下面，还有一层软流层（下图桔红色）。软流层位于地球表面以下约100~700公里之间。

大家都知道之所以火山喷发、地震等自然灾害发生，是因为地球板块运动的结果。世界上的海洋和大陆位于15个主要移动和移动的块上，称为构造板块，它们由下地壳和上地幔组成。

地球上的构造板块运动趋势

几十年来，科学家们一直试图解开地球构造板块如何运动的谜团。众所周知，上地幔顶部的软流层在板块构造中起着重要作用，因为它形成了一个相对柔软的边界，使构造板块能够穿过地幔。但是，为什么地表坚固的岩石圈之下，为什么紧接着就有相对柔软的软流层，它们为什么会变软，一直没有得到很好的研究。

早在2020年，华俊林（音译）还在美国布朗大学读博士时，就关注土耳其所处地幔的地震图像研究，当时他就在软流层中发现了部分熔融岩石的迹象。在一篇名为《在安纳托利亚地区测试的多频Sp堆叠新方法》的论文中，华俊林博士指出，在土耳其安纳托利亚地区布点研究时发现那里的软流圈具有低地震波速，与高地幔温度一致，并且可能只有一小部分呈现出部分熔融状态，正如地表存在火山场所表明的那样。他称之为“虚弱低速层”，只是这个部分熔化的岩石层到底有多深，当时还没有研究透，只是用地震横波的成像方法，测出整个安纳托利亚地区软流层上、下边缘的深度。

覆盖土耳其安纳托利亚板块的研究区域地图，布满了多个Sp 接收器功能的电台

其实呢，华俊林之前的一些科学家早就发现了软流层存在部分熔融的岩石层，不过大家都把这种现象当成一种异常，而非常态，因此忽略了它的存在。

在布朗大学读完2年硕士、3年博士学位之后，2021年8月华俊林来到德克萨斯大学奥斯汀分校，在杰克逊地球科学学院做博士后研究员。在这里，他继续研究上地幔中软流层。在地球内部寻找新层的想法来自于他。

华俊林博士后（音译）

于是，华俊林通过分析了来自全球分布地震台站的接收器功能数据，收集了从世界各地的地震探测器拍摄的700多张图像，以对虚弱圈低地震速度带的下游进行成像，并绘制了全球软流圈地图。

上地幔软流层中的低速熔融层示意（图中红色斑点处）

这里有个疑问，他们怎样测速呢？因为以现在的技术，科研人员根本无法到达软流层，前文说过，它距地表100多公里。但是科研人员可以用间接方法来实现，他们可以使用地震成像和来自地球深处的样本的化学成分来探明地球的这一部分，就像医生会使用超声波和血液化学来确定患者的状况一样。科学家们一直在使用地震产生的地震波穿过地球内部来研究地震波在这些内部层的传播速度，类似于医院的CT扫描。

软流层中的部分熔融层示意

在研究这些图像、制作地图时，通过数据分析，华俊林看到了地震波如何穿过地壳下的不同物质，包括到达探测地点的速度、方向和时间的变化，部分熔融层中熔体的存在意味着地震波移动得更慢。他注意到地震波在撞击地表以下150公里深度的隐藏融化岩石层时会减慢速度。他的团队称该区域为“PVG-150”，意为“150公里处的正速度梯度”。

他们惊讶地发现“地壳下部分熔融岩石的迹象”，但是它们根本不是异常的，而是似乎在“不同地点的软流层最热的地方”普遍存在，熔融岩石出现在软流层达到的最高温度约1450℃。新发现的部分熔融层位于地球表面以下161公里处。该层是软流层的一部分，位于构造板块下方。软流层以坚实但可塑性的岩石的柔软层形式存在，可导致构造板块移动和移动。他们形象地称之为“蜂蜜”或“部分熔化的巧克力”。

在地幔中，对流或热传递随着热、密度较低的物质上升和较冷、密度较高的物质下沉而发生。研究人员认为，固体岩石和对流的存在有助于板块运动。之前的科学家们一直争论软流层中部分融化的岩石如何促进其上方构造板块的流动，部分原因是关于这些粘稠岩石在这一层中的丰度和分布还有很多东西需要了解。虽然人们可能认为大片融化的岩石会使软流层变软，从而为板块流动提供一条容易的滑行路径，但这些层与构造运动之间的确切关系仍然是一个谜。

华俊林团队最开始也直觉地认为“熔化的东西必须在材料的粘度中发挥重要作用”，但与直觉相反，随后的研究发现：即使熔融的岩石在软流层中分布相当广泛，它对地幔流动的影响也非常小。这些熔体并没有显著影响板块构造的表达方式，这意味着固体岩石变形的物理学仍然是控制板块运动的因素。

研究结果表明，软流层内存在一个全球广泛的、部分熔融的区域，比例大约占到44%，但低软化层粘度主要由随深度逐渐的压力和温度变化控制，不过熔融层对构造板块的运动几乎没有影响。

参考资料，特此致谢！

1、《与全球普遍存在的部分熔融一致的虚弱圈低速区》

2、《在安纳托利亚地区测试的多频Sp堆叠新方法》