目前,，科學(xué)家們普遍認(rèn)為,，地球80%的成分是鐵、硅,、氧,。在地球早期形成的過程中，比較重的鐵下沉,，形成了地核,，比較輕的硅酸鹽物質(zhì)上浮，形成了地幔,。在距地表約2900公里深處,，是地核與地幔的分界線（被稱為核幔邊界），正是因?yàn)橛辛诉@條分界線,，地球內(nèi)部才不是一片混沌,。假如地球是一個(gè)雞蛋，地核是蛋黃,，地幔是蛋清,，核幔邊界就是蛋清和蛋黃之間的過渡帶（圖1）。

圖1 地球分層示意圖（圖片來源：中科院青藏高原所,，基于Ed Garnero教授圖片修改,。）

這里是俯沖板塊的“墳?zāi)埂?/strong>

1914年，德國地球物理學(xué)家 Beno Gutenberg 利用地震觀測波形首次發(fā)現(xiàn)了核幔邊界,。核幔邊界是地球內(nèi)部最神秘又復(fù)雜的區(qū)域,，涉及地球內(nèi)部大量物理化學(xué)現(xiàn)象。在物理性質(zhì)上,，核幔邊界的地震波速度,、密度、溫度等都發(fā)生著急劇變化,。同時(shí),，核幔邊界與火山噴發(fā)、地震活動等有著密切的聯(lián)系。比如夏威夷火山的形成,，就是核幔邊界的物質(zhì)上升到了地表,。

1999年，美國科學(xué)家 Rob Van der Voo在《自然》雜志發(fā)表文章時(shí)給核幔邊界取了一個(gè)形象的名字——俯沖板塊的“墳?zāi)埂??；氐郊偃绲厍蚴且粋€(gè)雞蛋的比喻，“不安分”的蛋殼（板塊）互相擠壓,，蛋殼（板塊）物質(zhì)向蛋黃俯沖,，卻無法超越蛋清與蛋黃的邊界，也就是核幔邊界,。

從早中生代（~250百萬年）時(shí)期南半球?qū)呒{泛大陸初始裂解過程開始,，青藏高原的形成經(jīng)歷了漫長的構(gòu)造演化歷史。當(dāng)印度板塊與歐亞大陸板塊相遇,，大量板塊物質(zhì)俯沖到地球深部,，它們最終的歸宿就是核幔邊界（圖2）。

因此,，認(rèn)識核幔邊界溫度和化學(xué)成分,，是我們認(rèn)識和理解地球內(nèi)部動力學(xué)、地幔對流模式,、全球構(gòu)造運(yùn)動、地磁場的周期性變化和地球的形成及演化等基礎(chǔ)科學(xué)問題的關(guān)鍵,。

圖2 板塊俯沖到核幔邊界示意圖（核幔邊界之上約300km的區(qū)域被稱為D”區(qū),，其上界面被稱為D”間斷面，此處原子的排列方式發(fā)生了變化,。）（圖片來源：中科院青藏高原所）

挖掘地震波里的“秘密”

印度-歐亞大陸碰撞帶位于印度北部和青藏高原南部地區(qū),，古/新特提斯由南向北、太平洋由西向東同時(shí)俯沖,，大量的板塊物質(zhì)下沉到了核幔邊界,。這些物質(zhì)對地球深部產(chǎn)生怎樣的影響，是地球科學(xué)家們研究的熱點(diǎn),。

地震發(fā)生后,，會產(chǎn)生地震波，特別是大地震,，地震波能量很強(qiáng),，它能傳播到地下2900公里深處，并在核幔邊界發(fā)生反射,，然后傳播到地表,，被地震儀接收，如圖3中地震波ScS所示。從地震波產(chǎn)生到被地震儀接收,，所用的傳播時(shí)間,，被稱為地震波走時(shí)?；诘卣鸩ㄗ邥r(shí)的全球?qū)游龀上穹椒ǔ１挥糜谘芯亢酸＿吔绱蟪叨鹊乃俣冉Y(jié)構(gòu)（圖4）,。

圖3 地震波ScS和S波射線路徑示意圖（圖片來源：中科院青藏高原所）

近日，中國科學(xué)院青藏高原研究所碰撞隆升及影響團(tuán)隊(duì)白玲研究員及其團(tuán)隊(duì)成員首次對印度-歐亞板塊碰撞帶核幔邊界頂部的精細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,。

他們利用中國數(shù)字測震臺網(wǎng)記錄的印度洋地區(qū)8個(gè)地震的波形資料,，使用觀測和三維理論ScS波形互相關(guān)的方法，綜合考慮地幔中地震波傳播速度三維不均勻性的影響,，拾取核幔邊界之上約300公里的區(qū)域（D”區(qū)域）的地震波走時(shí),。

圖4 全球?qū)游龀上駡D（黃色代表地核、藍(lán)色代表核幔邊界地震波速度較快區(qū)域,、紅色代表核幔邊界地震波速度較慢區(qū)域,。)（圖片來源：Ed Garnero和Jeroen Ritsema教授）

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，印度,、西藏南部一帶的核幔邊界,，在橫向300公里的范圍內(nèi)，地震橫波速度存在約3-7%的變化,，明顯大于前人利用層析成像法獲得的0-1.5%的速度變化范圍,。如此劇烈的地震波異常，意味著該區(qū)域核幔邊界存在化學(xué)異?；虿糠秩垠w（圖5）,，而非此前認(rèn)為的，該地區(qū)核幔邊界結(jié)構(gòu)好似純凈的冰水,，主要受俯沖結(jié)構(gòu)低溫物質(zhì)的控制,。

圖5 研究區(qū)地形圖及核幔邊界速度變化圖（結(jié)果速度變化圖中：藍(lán)色為高速，代表俯沖結(jié)構(gòu),，黃色為低速,，代表化學(xué)異常體或熔體。）（圖片來源：左圖來自谷歌地球,，右圖來自中科院青藏高原所,。）

該成果3月21日發(fā)表在《地球物理通訊》（Geophysical Research Letters）期刊上。