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中国科大年夜等在地球深外部物质和构造异常成因研究中取得停顿

2020-01-14 中国迷信技巧大年夜学
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  近期,中国迷信技巧大年夜学地球和空间迷信学院传授吴忠庆课题组与传授孙道远和中国迷信院周详丈量迷信与技巧创新研究院研究员倪四道协作,发明爬升至下地幔的洋壳物质具有明显不合于四周地幔的波速和密度,且波速和密度异常依附于深度,可以或许很好地解释地动学不雅测到的下地幔小标准散射体和大年夜标准高速异常体,注解爬升洋壳是地球深部物质不均一性的重要来源。该研究以Velocity and density characteristics of subducted oceanic crust and the origin of lower-mantle heterogeneities 为题在线发表在国际综合学术期刊《天然-通信》(Nature communications上。

  懂得地球的物质构成对懂得地球来源、演变与动力学过程相当重要。地球外部圈层可大年夜致分为地壳、上地幔、下地幔和地核。下地幔是地球外部最重要的圈层之一,深度范围约为660-2900千米,其体积和质量占比高达55%52%,是地球演变的压舱石。固然很难取得来自下地幔的样品,然则地动波具有穿透全部地球的才能,从而供给了地球深外部构造探测的关键手段。近年来,随着地动波不雅测、分析与模仿技巧的生长,地动学者发明鄙人地幔存在很多标准不一的异常体,包含大年夜标准(几百至上千千米)的高速和低速异常体和小标准(几千米)的散射体。尤其有名的低速异常体是位于非洲和宁靖洋板块底下的大年夜型低剪切波速省(LLSVPs),其横向和径向标准可达上千千米。这些异常体的成因对懂得地球外部构造与物质构成起着关键的感化,对制约地球来源和动力学演变亦为重要,是地球迷信研究的热点与前沿成绩。

  和其它类地行星比拟,地球具有一个异常独特的特点——板块活动和爬升。板块可以爬升至地球深部乃至核幔界线,从而鄙人地幔构成化学物质不均一性。爬升洋壳是爬升大年夜洋岩石圈最下面一层的硅酸盐物质,比拟于正常地幔,其更富含SiO2,很能够是下地幔不均一性的重要来源。今朝,关于下地幔的异常重要由地动波速表征,是以,展开爬升洋壳鄙人地幔温度和压强条件下的波速特点研究具有关键的意义。

  下地幔的压强和温度可达130GPa3000K。鄙人地幔高温高压条件下,爬升洋壳主如果由布立基曼石、SiO2相、含铝相和钙钙钛矿构成。经过过程高压实验精确丈量矿物鄙人地幔温压条件下的波速非常艰苦,是以数据非常无限。而基于第一道理的矿物物理学计算在研究不合元素、多种矿物组合的波速方面,具有灵活、高效的优势。吴忠庆课题组在早些年生长了一种基于第一性道理的高温高压弹性和波速计算办法,计算效力稀有量级的晋升。经过数年的研究积聚,该课题组肯定了爬升洋壳鄙人地幔温压条件的波速和密度特点(图1)。研究成果注解,洋壳的波速随深度变更而变更:在斯石英相变成CaCl2-型石英的深度区间,洋壳表示为低波速,横波波速异常高达-10%;在更深处,洋壳则表示为高波速,横波波速异常约1.5-2.5%。这意味着LLSVPs的低剪切波速不太能够是洋壳招致,而地动学层析成像发明的下地幔高速体很能够反应了洋壳的聚积。是以,爬升洋壳鄙人地幔并不是简单地表示为高速或许低速,而是取决于深度。爬升洋壳可以很好地解释下地幔下部的高速异常体和在全部下地幔发明的散射体(图2),这项成果为进一步研究下地幔物质异常和动力学过程供给了关键熟悉。

  论文合营第一作者为王文忠和徐印涵,近期博士卒业于吴忠庆研究组;王文忠和吴忠庆为论文合营通信作者;中国科大年夜为该论文第一单位。该任务由中科院先导专项、科技部“973”项目、国度天然迷信基金项目赞助。

  文章

图1 (a)(b)(c)爬升洋壳的波速和密度;(d)(e)(f)爬升洋壳相关于正常地幔(PREM)的波速和密度异常

图2 爬升洋壳与下地幔波速异常体的关系表示图

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