地球的地幔就像一個巨大的攪拌器，將涼爽的海洋地殼向下迴圈到地核，在那裡它加熱成糊狀固體，然後再次上升——這個過程為從 板塊構造 到火山活動的一切提供動力。
但是這個系統中存在一些障礙，新的研究揭示了原因：一個大約 416 英里（670 公里）深的滑動層阻止了地殼塊的前進，在地幔中部（地球地殼和地核之間的層）形成了“停滯板片”。[圖片集：地球表面之下隱藏的海洋]
“板塊的這種偏轉一直讓我們對[地幔]的理解感到困惑，”科羅拉多大學博爾德分校的物理學家、10 月 1 日發表在《自然-地球科學》雜誌上的新研究的合著者鍾世傑說。
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停滯不前
沒有辦法直接觀察地幔，但科學家們使用地震產生的地震波來研究其動力學。透過探測波在地球上傳播，研究人員可以構建地幔的 影像，這與雷達如何使用無線電波對物體成像類似。
地幔中發生的事情與地殼中正在發生的事情有關。地殼由構造板塊組成，這些板塊像木筏一樣漂浮在地幔上，就像在非常非常厚的海洋上一樣（地殼的稠度類似於熱瀝青）。在某些區域，稱為俯衝帶，一個構造板塊潛入另一個板塊之下，將海洋地殼的碎片磨入地幔。鍾世傑說，從地震學來看，研究人員知道，其中一些地殼板片並不總是完全行進 1,860 英里（3,000 公里）到達核幔邊界。基本上，它們在半途中卡住了。
特別是在西太平洋，例如在日本附近和 馬裡亞納海溝，地殼板片似乎在約 416 英里（670 公里）深處停滯不前。在這些區域，它們似乎會偏轉並水平移動多達 1,243 英里（2,000 公里）。
鍾世傑說，那個特定深度的地幔層是不尋常的，因為那裡的岩石經歷了突然的密度增加，這是所有岩石壓在其頂部的壓力的結果。在新的研究中，鍾世傑和科羅拉多大學研究生毛偉構建了一個地幔動力學的計算機模型，包括這種密度增加和過去 1.3 億年的大陸板塊運動。
模型地幔
研究人員發現，這個更完整的地幔模型自然而然地產生了與真實地幔中看到的相同型別的停滯板片。鍾世傑說，似乎正在發生的事情是，670 公里處上覆岩石的累積壓力產生了一個粘度降低的區域——本質上，地幔更滑，粘性更小。
“這種降低的粘度本質上為我們所謂的板片潤滑提供了條件，”鍾世傑說。地殼塊能夠橫向滑動和滑動，而不是繼續向下俯衝。
機器中的這個障礙只是暫時的。鍾世傑說，這些板片可能只被困住大約 2000 萬年—— 就地球歷史而言，只是眨眼一瞬間。但它們的動力學可能對地表上看到的一些地質現象很重要。例如，中國東北部的火山活動，遠離日本火山弧，可能部分歸因於其中一些板片動力學，鍾世傑說。
該模型並沒有回答關於停滯板片的所有問題。鍾世傑說，尚不清楚為什麼西太平洋似乎會產生如此多的停滯板片，而北美和南美洲附近的俯衝帶目前沒有。他說，全球各地還有其他神秘地點。
“在像紐西蘭這樣的地方，我們的對流模型和觀測結果之間仍然存在一些分歧，”他說，“因此我們需要調和這些地方。”
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