科学家“解密”地球下地幔底部大型结构体成因

科技日报记者 吴长锋

记者从中国科学技术大学获悉，该校地球和空间科学学院吴忠庆教授课题组与合作者合作，发现下地幔最大的低速异常体——位于非洲和太平洋板块底下的大型低剪切波速省（LLSVPs），可能起源于地球早期岩浆海演化，相关成果日前在线发表在国际综合学术期刊《自然通讯》上。

图片来自中国科大

下地幔是地球内部最重要的圈层之一，深度范围约为660-2900公里，其体积和质量占比高达55%和52%，是地球演化的压舱石。近年来发现在下地幔存在包括大尺度（几百至上千公里）的高速和低速异常体和小尺度（几公里）的散射体。尤为著名的低速异常体是位于非洲和太平洋板块底下的大型低剪切波速省（LLSVPs），其横向和径向尺度可达上千公里。这些异常体的成因对理解地球内部结构与物质组成起着关键的作用，是地球科学研究的热点与前沿问题。

和其它类地行星相比，地球内部的板块可以俯冲至地球深部甚至核幔边界，将洋壳带至地幔深部，从而可能导致下地幔形成化学物质不均一性。课题组早前的研究表明，俯冲至下地幔的洋壳物质具有明显不同于周围地幔的波速和密度，能够很好地解释地震学观测到的下地幔小尺度散射体和大尺度高速异常体，但不可能导致LLSVPs的低剪切波速。

科研人员通过综合研究表明，在下地幔发现的多尺度不一的异常体可能有不同的来源。小尺度散射体和大尺度高速异常体主要来源于俯冲洋壳物质，而位于非洲和太平洋板块底下的大型低剪切波速省（LLSVPs）很可能是由于早期岩浆演化形成的含三价铁布里奇曼石分解成极度富三价铁布里奇曼石导致的。

这一研究成果将对地球深部结构、层圈相互作用和内部挥发分的迁移与作用等方面产生重要影响。

编辑：张爽

审核：王小龙