美國馬利蘭大學的地球物理學家通過先進的算法同時分析幾百次地震的數據,看到以前從少量數據中看不到的規律——發現在地核-地幔交界處存在一種高密度、高溫的大型地質結構。

地震波在地下可以傳播幾千哩的距離,碰到岩石密度、溫度和成份結構的變化,會改變傳播速度、方向。比如,從附近結構反彈的回聲波較快抵達震波探測器,遇到體積大的結構回聲波較強。

通過各地震波探測器蒐集的數據,分析回聲波經過的時間、振幅,科學家可以繪製地下岩石的結構模型。這有點類似蝙蝠通過回聲定位掌握周圍地形的原理。

這份6月12日發表在《科學》(Science)期刊上的研究稱,從單次地震的數據,很難把回聲波和背景噪音區分開,可是如果同時分析多次地震的數據,就能看出回聲波的共性和規律。

「通過同時分析大量的地核-地幔交界帶震波回聲,而不是像以前那樣只分析局部數據,我們對此有了全新的視角。」研究負責人金(Doyeon Kim)說。

這份研究藉助了人工智能算法,分析了從1990年~2018年間發生在太平洋盆地數百次6.5級以上地震共多達7000份數據。

這個人工智能算法由合作研究者提供,曾用於從遠處恆星和星系的射線找到其中的規律。這份研究將此算法用於震波數據,從中分辨確定出大量的回聲波。研究者稱,這是對地核-地幔交界地帶第一份如此細緻全面的研究。

「我們確定了所有震波路徑上約40%的回聲波,這很意外,因為我們預計值比這少得多。這意味著,在地核-地幔交界帶的一種非常規結構的範圍比以前所知的要大得多。」研究合作者萊基奇(Vedran Lekic)說。他們提到的「非常規結構」是科學家近年在研究的超低速帶(ULVZ)。這種地帶位於火山噴發灰羽的底部,密度高、溫度高,岩石從地核-地幔處升起,形成火山島。

科學家發現震波在這個地帶傳播的速度比周圍其他物質中慢30%左右,但是還不明確這個地帶的物質構成。

這份研究發現,位於太平洋中南部的馬克沙士火山群島(Marquesas Islands)下面,有一個大型的超低速帶,這是以前不知道的。另外,位於夏威夷島下面的超低速帶的範圍,比以前所知的更大。夏威夷島下面的超低速帶是目前所知最大的一個。◇