地幔过渡带组分和温度认识有重要进展

  近日，中国科学技术大学地球和空间科学学院吴忠庆教授组在地幔过渡带组分和温度的认识方面取得重要进展。他们发现地幔岩在地幔过渡带底部的波速不仅依赖于平均温度，而且还受控于温度的分布，可用于反推温度横向不均一程度。在考虑温度的横向不均匀性后，地幔岩可以在地幔过渡带底部产生地震学观测的波速和密度。

  地幔过渡带指地球内部约410至660千米深的区域，是联系上下地幔的重要纽带。了解地幔过渡带的成分与温度，对认识地球的内部结构、物质交换及形成演化有重要意义。地幔岩模型是大家广泛接受的上地幔矿物学模型。该模型的波速和密度与上地幔符合。但在地幔过渡带底部，该模型的波速和密度均显著低于地震学结果。这个现象自从本世纪初发现后，一直没有很好的解释。以往的研究只考虑了地幔岩模型沿着地温线的波速和密度，温度的横向不均匀性在计算中被忽略。由于矿物的波速和密度都近似线性的依赖于温度，一般来说，这种忽略不会影响波速和密度的估计。然而，当温度横向不均匀性对矿物相产生影响时，传统的沿着地温线估计地幔岩模型波速和密度的方法就不适用了。

  地幔岩模型失效的地幔过渡带底部，正是矿物相对温度分布敏感的区域。该课题组利用第一性原理计算模拟了高温高压条件下含铁秋本石的弹性性质，结合其他矿物的弹性性质，他们计算了温度分布下的地幔岩波速和密度。研究结果表明，在特定条件下，地幔岩模型可以很好解释地震学模型的波速与密度。课题组的工作修改了广为人知的地幔岩模型。（安徽日报 记者 陈婉婉）