下地幔有什麼
我們在地球表面看到
的
山脈
隆起
、火山
噴發
和地震等地質事件
，都是
“冰山一角”，實際上地球深處時刻都在發生更劇烈的地質運動。在地殼上所看到的地質變化，只是
被稱為板塊構造的傳送帶系統的一部分，在這個系統中，海洋邊緣的舊地殼被推回大陸下方的地下，進入地幔。
隨著
舊
地殼深入地球，岩石中的一些礦物在地幔的高溫高壓下發生變化。猶他大學地質學家宮城洛厄爾
（Lowell Miyagi）
及其同事的一項新研究發現，這些地幔礦物中的一種是地球內部最弱的礦物之一。
這是一種很難研究的礦物，它比地幔的其他部分軟
1000
倍左右。這對於理解岩石沉入地球時會發生什麼是很重要的，這反過來又告訴我們地震和火山是如何以及為什麼會在地表發生的。這項研究發表在《自然》
（
Nature
）
雜誌上。
地上和地下的板塊構造
地殼是由板塊構成的，構成海洋的板塊從岩漿在板塊中心上升開始，這個地方被稱為
“
大洋中脊
”
岩漿變成了玄武岩，類似於我們看到的從火山噴出的黑色火山岩。
隨著岩漿繼續上升，板塊擴張，將更古老的玄武岩地殼推向兩側。每一個板塊都會撞到它
相鄰的板塊
，當它撞到比大陸地殼密度更大的海洋地殼時，
擴張的部分
就會被推入地幔。這是一個
叫做
俯衝的過程。關於這種
被
回收地殼的
後續
，
我們難以看到，
我們最好的線索來自我們對地震產生的地震波的讀數。
宮城說：
“
這有點像你去醫生那裡用超聲波給
胎兒
成像。
”
地震波以不同的速度在不同的材料中傳播，所以當地震波顯示出一些不尋常的東西時，地球科學家會注意並自然地想知道
，
它是由什麼組成的
。
其中一個值得注意的未知數是地幔和地核之間邊界的一個特徵，稱為大型低剪下速度區或
LLSVP
。
有兩塊：一
塊
在太平洋下面，另一
塊
在非洲下面。它們是巨大的太平洋下面的
一塊大約3000
公里。它們很高，可能高達
1000
公里
，
這是珠穆朗瑪峰高度的
100
多倍。
地球科學家此前認為，這些
區域
比周圍的岩石更熱，可能是夏威夷群島或東非裂谷帶等地貌的來源。
在這項新研究重，科學家們想弄清楚的是
：它是什麼樣的岩石，它是如何堆積在那裡的？
達維毛石（davemaoite）
對於上述問題的答案，
一種候選礦物是化學式為
CaSiO3
的
達維毛石（davemaoite），
它是鈣鈦礦類礦物的一部分。下沉的岩石板塊富含
達維毛石
（高達
30%
），地幔的其他部分則不多。因此，儘管瞭解
達維毛石
的力學性質很重要，比如它在地幔中如何彎曲或拉伸，瞭解地球如何將材料從表面回收到內部深處，但它一直是一種難以研究的礦物。
宮城說：
“（在實驗室）研究
非常困難，因為室內壓力
和溫度與地球深處相差太大，
它必須在高溫高壓下
被研究
。如果你去掉壓力和溫度，它就會變成玻璃。
”據報道，唯一的在地球表面發現的達維毛石，被困在一顆鑽石內部，鑽石
保持了維持原子結構所需的高壓。
那麼，科學家
們
是如何成功地研究
達維毛石
的機械效能的呢？
他們
透過在兩個金剛石砧之間以
30
千兆帕斯卡的壓力（海洋最深處壓力的
19
倍）擠壓
CaSiO3
粉末，並將其加熱至
1150 K
的溫度
。在儀器上建一個視窗，讓
X
射線束透過，
科學家們就可以
分析產生的晶體的原子結構。
像糖漿一樣柔軟！
在分析了
達維毛石
的結構後，研究人員模擬了它在拉伸或拉伸時的強度和行為。他們發現，
達維毛石
比地幔的其他部分軟
1000
倍左右。
材料的粘度或流動能力是以幾個不同的單位測量的，包括帕斯卡秒。非常薄的東西，比如水，大約是
0。001
帕斯卡秒，而較厚的東西，比如花生醬，大約是
200
帕斯卡秒。
達維毛石大約在
1021
帕斯卡秒左右，跟糖漿差不多。
這種
柔軟的物質
是如何影響一塊岩石沉入地球的
？
在大約
550
公里的深度處，溫度和壓力在板塊的大部分割槽域形成了
達維毛石，
板塊的薄弱部分可能會分層或從板塊的其餘部分剝離，然後掉到地幔中，如果這種富含
達維毛石
的緻密物質分離並下沉，它可能會形成一個大的低剪下速度區。透過將這些倒轉的羽狀物滴到地幔底部，這種情況會在長時間堆積這種物質的過程中發生。
關於地球內部礦物的性質如何影響事物的運動，還有很多有待探索。宮城說：
“
瞭解這種材料的機械特性，可以讓我們更好地瞭解板塊在地球內部是如何俯衝和活動的。因此，這可以讓我們更好地理解驅動板塊構造、地震和火山的大規模過程。
”
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