這項研究于當?shù)貢r間5月19日發(fā)表在期刊《自然通訊》上，首次詳細揭示了其中一個區(qū)域復雜的內(nèi)部變化，揭示了地球深處內(nèi)部的景觀及其內(nèi)部過程。

劍橋大學地球科學系博士生李志說：“在地球內(nèi)部深處的所有特征中，這些是最迷人、最復雜的?！?“我們現(xiàn)在有了第一個可靠的證據(jù)來顯示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)——這是地球深層地震學的一個真正的里程碑?！?

地球的內(nèi)部像洋蔥一樣分層：中心有一個鐵鎳核心，周圍是一層厚厚的地幔，上面是一層薄薄的外殼——我們賴以生存的地殼。盡管地幔是堅硬的巖石，但由于溫度足夠高，其流動速度極其緩慢。這些內(nèi)部對流將熱量傳輸?shù)降乇聿Ⅱ?qū)動構(gòu)造板塊的運動和火山噴發(fā)。

科學家利用地震產(chǎn)生的地震波來“觀察”地球表面下方正在發(fā)生的情況——這些波的回聲和陰影揭示了內(nèi)部深處地形的類似雷達的圖像。但直到最近，地核-地幔邊界（研究地球熱流的關鍵區(qū)域）結(jié)構(gòu)的“圖片”仍然是顆粒狀的，難以解釋。

研究人員利用最新的數(shù)值模擬方法揭示了核幔邊界的公里級結(jié)構(gòu)。該研究論文的合著者Kuangdai Leng 博士在牛津大學開發(fā)了這些方法，他表示：“我們確實在彈性動力學模擬中突破了現(xiàn)代高性能計算的極限，并利用了以前沒有的技術。過去的波的對稱性已經(jīng)被注意到或使用過?！蹦壳霸诳茖W技術設施委員會任職的Leng 表示，這意味著他們可以將圖像的分辨率比之前的工作提高一個數(shù)量級。

研究人員觀察到，在夏威夷下方的超低速區(qū)底部，地震波的傳播速度降低了40%。這支持了現(xiàn)有的建議，即該區(qū)域比周圍的巖石含有更多的鐵- 這意味著它更致密且速度更慢。劍橋地球科學項目負責人Sanne Cottaar博士表示：“這種富含鐵的物質(zhì)可能是地球早期歷史中古代巖石的殘留物，甚至可能是鐵通過未知方式從地核泄漏出來的?！?

這項研究還可以幫助科學家了解夏威夷群島等火山鏈的地下構(gòu)造和產(chǎn)生情況?？茖W家們已經(jīng)開始注意到所謂的熱點火山（包括夏威夷和冰島）的位置與地幔底部的超低速區(qū)域之間的聯(lián)系。熱點火山的起源一直存在爭議，但最流行的理論是梅花狀結(jié)構(gòu)將熾熱的地幔物質(zhì)從核心-地幔邊界一直帶到地表。

現(xiàn)在有了夏威夷下方超低速區(qū)域的圖像，該團隊還可以從可能為夏威夷提供食物的羽流根部收集罕見的物理證據(jù)。他們對夏威夷地下致密、富含鐵的巖石的觀測將支持地表觀測。科塔爾說：“從夏威夷噴發(fā)的玄武巖具有不尋常的同位素特征，這可能表明早期地球起源或核心泄漏，這意味著堆積在底部的一些致密物質(zhì)肯定被拖到了地表?！?

現(xiàn)在需要對更多的核心-地幔邊界進行成像，以了解所有表面熱點是否在底部都有致密物質(zhì)。定位核幔邊界的位置和方式取決于地震發(fā)生的地點以及地震儀記錄地震波的安裝位置。

該團隊的觀察增加了越來越多的證據(jù)，表明地球深處的內(nèi)部與其表面一樣多種多樣。李說：“這些低速區(qū)是我們在極端深度看到的最復雜的特征之一，如果我們擴大搜索范圍，我們可能會看到地核-地幔邊界的復雜程度不斷增加，包括結(jié)構(gòu)?！焙突瘜W?！?

現(xiàn)在，該團隊計劃應用他們的技術來提高核幔邊界其他區(qū)域的成像分辨率并繪制新區(qū)域的地圖。最終，他們希望繪制跨越地核-地幔邊界的地質(zhì)景觀圖，并了解它與我們星球的動力學和進化歷史的關系。