1997年5月，南太平洋克馬德克群島地區(qū)發(fā)生大地震。 20 多年后，2018 年9 月，同一地點(diǎn)發(fā)生了第二次大地震，地震能量波從同一地區(qū)發(fā)出。

（資料圖）

弗吉尼亞理工大學(xué)理學(xué)院地球科學(xué)系地球科學(xué)家周瑛指出，雖然兩次地震相隔20年，但由于發(fā)生在同一地區(qū)，預(yù)計(jì)在同一時(shí)間將地震波穿過(guò)地層。相同的速度。

但在實(shí)時(shí)記錄地震振動(dòng)的150 多個(gè)全球地震臺(tái)網(wǎng)中的4 個(gè)臺(tái)站記錄的數(shù)據(jù)中，周發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)事件中令人驚訝的異常現(xiàn)象。在2018 年的地震中，一組稱為SKS 波的地震波比1997 年的類似地震波傳播速度快約一秒。

Zhou 的研究結(jié)果最近發(fā)表在《Nature Communications Earth Environment》 號(hào)上，他表示，SKS 波傳播時(shí)間的一秒差異讓我們能夠以前所未有的方式了解地球更深處、外核中正在發(fā)生的事情。

里面的東西非常重要

地球的外核夾在地幔（地殼下厚厚的巖石層）和內(nèi)核（地球最深的內(nèi)層）之間。它主要由液態(tài)鐵組成，當(dāng)?shù)厍蚶鋮s時(shí)會(huì)發(fā)生對(duì)流或流體流動(dòng)。由此產(chǎn)生的液態(tài)金屬渦流會(huì)產(chǎn)生電流，從而產(chǎn)生地球磁場(chǎng)- 稱為磁層，它保護(hù)地球及其上的所有生命免受有害輻射和太陽(yáng)風(fēng)的影響。

如果沒(méi)有磁層，地球就無(wú)法維持生命，如果沒(méi)有外核液態(tài)金屬的流動(dòng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)也無(wú)法發(fā)揮作用。周副教授表示，對(duì)這種動(dòng)力學(xué)的科學(xué)理解是基于模擬，“我們只知道理論上，如果外核中有對(duì)流，就能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)?！?

科學(xué)家只能猜測(cè)觀察到的磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向逐漸變化的起源，這可能涉及外核中流動(dòng)的變化。

“如果你觀察北磁極，它目前每年移動(dòng)約50 公里，”周說(shuō)。 “它正在遠(yuǎn)離加拿大，向西伯利亞移動(dòng)。磁場(chǎng)每天都不一樣。它在變化。既然它在變化，我們也推測(cè)外核的對(duì)流正在隨著時(shí)間的推移而變化，但我們從未看到直接證據(jù)”。

周著手尋找這一證據(jù)。她說(shuō)，外核發(fā)生的變化并不引人注目，但值得識(shí)別和從根本上理解。在地震波及其速度在年代際尺度上的變化中，周看到了一種直接對(duì)外核進(jìn)行采樣的方法——因?yàn)樗芯康腟KS波直接穿過(guò)了外核。

“SKS”代表波的三個(gè)階段：首先，它以S 波或剪切波形式穿過(guò)地幔；然后以壓縮波的形式進(jìn)入外核；然后它以S 波形式從地幔返回。這些波傳播的速度部分取決于其路徑中外核的密度。如果當(dāng)波穿透外核的某個(gè)區(qū)域時(shí)，該區(qū)域的密度較小，那么波的傳播速度會(huì)更快。

“這波浪潮的路徑發(fā)生了一些變化，所以現(xiàn)在它可以走得更快，”周說(shuō)。

周認(rèn)為，波速的差異表明，1997 年地震后的20 年內(nèi)，外核中出現(xiàn)了低密度區(qū)域。她指出，2018 年地震期間SKS 波速較高可歸因于地球冷卻時(shí)發(fā)生的對(duì)流過(guò)程中外核中氫、碳和氧等輕元素的釋放。

“20年前的物質(zhì)已經(jīng)不存在了。這是新材料，而且更輕。這些輕元素會(huì)向上移動(dòng)，改變它們所在區(qū)域的密度，”周說(shuō)。

對(duì)于周來(lái)說(shuō)，這證明了運(yùn)動(dòng)確實(shí)發(fā)生在核心，并且它隨著時(shí)間的推移而變化。 “我們現(xiàn)在就可以看到它。如果我們可以從地震波中看到它，將來(lái)我們就可以建立地震臺(tái)并監(jiān)測(cè)這種流動(dòng)?！?

下一步是什么

周說(shuō)，她將使用一種稱為干涉測(cè)量法的波浪測(cè)量方法，她的團(tuán)隊(duì)計(jì)劃分析兩個(gè)地震臺(tái)的連續(xù)地震記錄，其中一個(gè)將作為“虛擬”地震源。 “我們可以利用地震，但依賴地震數(shù)據(jù)的局限性在于我們無(wú)法真正控制地震發(fā)生的位置。但我們可以控制地震臺(tái)的位置。我們可以將地震臺(tái)放置在我們想要的任何地方，從一個(gè)地震臺(tái)開(kāi)始另一個(gè)地震臺(tái)的波通道穿過(guò)外核，如果我們隨著時(shí)間的推移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，那么我們就可以看到穿過(guò)核心的地震波在兩個(gè)臺(tái)之間如何變化?！拔覀儗⒛軌蚋玫乜吹酵夂酥械牧黧w。隨著時(shí)間的推移而移動(dòng)?！?