地球動態的表面被分為十幾個主要的地殼板塊,它們的滑動和錯動釋放出火山,形成山脈,並引發地震。但是,內部世界的運作是不可見的,而且很難解讀。現在,加州大學伯克利分校的馬克·理查茲和洛斯阿拉莫斯國家實驗室的漢斯-彼得·邦吉建立了地球內部的計算機模擬,以生動的細節展示了攪動地球的對流過程——字面意義上地搖撼著我們的世界。
這些影像有助於解決地球物理學中一個長期存在的問題。在最簡單的地球模型中,每個對流環或“細胞”的寬度大約與其深度相同。該模式表明,最大的板塊的寬度應該大約是地球地幔的深度,即約3000公里。但是,太平洋板塊的跨度是這個距離的四倍多。理查茲和邦吉懷疑這些模型忽略了一個關鍵因素:熱地幔岩石的粘度(或粘性)如何隨深度變化。
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為了驗證這個理論,研究人員開發了一個修正的模型,其中岩石的粘度從地幔頂部到底部增加了30倍。然後,他們使用洛斯阿拉莫斯國家實驗室的大規模並行Cray T3D計算機來檢視他們的模型與現實的符合程度。由此產生的模擬與地球構造板塊的真實尺寸更加吻合。另一個顯示地表以下300公里處情況的模擬顯示,可變粘度模型(在此影像的底部)準確地描繪了地幔中冷物質的俯衝,而恆定粘度模型(在頂部)則不能。有關這項研究的完整報告將發表在10月1日的《地球物理研究快報》上。
理查茲和邦吉的工作是在其他一些理解地球深層內部的突破之後進行的——例如,驅動地球磁場的發電機詳細模型,以及內部核心的晶體結構和獨立運動的發現。藉助更快的計算機和更完整的地震資料,地球物理學家在揭示我們腳下曾經秘密的領域方面取得了顯著進展。