地心遊記：地幔柱研究新進展，讓很多科學家感到驚奇！

地球內部的一個重要特徵已成為關注焦點。40多年來，地質科學家一直在討論地球的熱點區域，即數百個火山區域向地表凸起，看起來就像有一些高溫物質從地下持續向上推動地表或是由於地幔柱造成的。地幔柱即從距離地表3000公里的地核附近產生的柱狀熔岩流。

該理論支持者引用的物理模型認為，像沸水中的泡沫一樣，當地幔下方受熱時，地幔柱也可以自然而然地產生。地震學家利用地震波進行核磁共振成像（MRI）X線斷層攝影技術，觀察到地幔上方熔岩柱的跡象。但一直以來缺乏證據證明，地幔柱會從地心持續延伸，一小部分科學家則主張，熱點區域可能是由距離地表較淺的熔岩庫所導致。

現在，一項新研究發現，熔岩柱會一直向下延伸。通過利用精尖技術獲取到史無前例的地震記錄細節，研究人員發現了28處地幔柱的證據，其中大多數位於火山熱點區域下方，從地心持續、垂直上涌。「如果我們的成像結果合理，那麼我們已經解決了爭端。地幔柱確實存在。」美國加州大學伯克利分校地球物理學家Barbara Romanowicz說，近日她和同事Scott French等人的相關研究成果發表於《自然》雜誌。

此次的實證研究結果讓很多科學家感到驚奇。Omanowicz表示，這些地幔柱的寬度可達600~800公里，是此前預測模型的3倍多。因此，地幔柱攜帶的地心熱量比此前認為的也高得多。而且，它們的最深處非常筆直，不會在下地幔的岩漿流中徘徊。「很有可能，科學家需要重新思考下地幔的運行方式。」她說。

其他研究人員則對此項研究表示讚賞。「他們的X線斷層攝影術工作確實是一項傑作。」密歇根大學地球動力學家Peter van Keken說，「此前研究模型中的謎題變得清晰了。」Van Keken感到好奇的是，深度小於1000公里的地幔柱存在的扭曲和彎度。他認為，1000公里處地幔柱行為的這些變化可能表明了上升熔岩流的一個未知階段，使其變得不那麼僵直。

對於地幔柱令人驚奇的規模，van Keken表示，這與一種新觀念相一致，即熔岩柱可能是由地幔周圍不同的物質組成。如果一個熔岩柱聚集了靠近地幔邊界的濃密的玄武岩物質，「它會讓熔岩柱移動速度降下來，並擴大熔岩柱的寬度。」van Keken說。

法國尼斯－索菲亞·昂蒂波利斯大學名譽地球物理學家Guust Nolet表示，此前的研究表明了深部地幔柱的存在，但是此項研究深化了對地幔頂層和底層的認識。他表示，如此龐大的熔岩柱將改變地球如何釋放內部熱量（其熱量達到44兆兆瓦）的解釋。其中一半熱流據認為可能來自於地球內部的放射性元素，另一半熱流來自地心熱量。地球物理學家推測，地幔對流（流動熔岩的廣泛多孔模式）帶走了來自地心的多半熱量。「我們需要重新審視這一觀點，應考慮到熔岩柱在其中扮演著更重要的角色。」nolet說，「或許下地幔根本沒有進行對流傳熱。」

此次新研究成果利用了一種叫作地震X線斷層攝影術的技術，晃動地球表面的大規模地震會發射出地震波，並擴散至各個方向，當它們遇到異常炙熱、密度較低的結構時（如熔岩柱），波速度會放緩。根據對許多地震的測量結果，可以繪製出地球的內部結構。

然而這項研究結果未能讓英國杜倫大學地球物理學家Gillian Foulger信服，她一直對深部地幔柱持懷疑態度。她認為，這項研究中的整個地震波技術仍處於萌芽階段。她還強調，Romanowicz 和French找到的大多數地幔柱位於大洋中的熱點區域下方，而採集這些地方的地震數據極為棘手。「如果數據質量不高，你會聽到很多噪音。」她說。目前一些研究人員正在推動相關研究，以填補這一信息缺口。

但van Keken則認為，支持深部地幔柱的證據很充分。「持懷疑觀點的人少之又少。」他說。他表示，如果研究人員可以看到100公里寬的局部特徵，那麼就可以揭示洋殼板塊從俯衝帶垂直沒入地球內部的結果。一些板塊可能會聯合徘徊在中部深度，另一些板塊可能會一直落入地心。但是要驗證這一觀點，需要建立頻度更高的（地震儀所記錄的）震動圖，這將需要更強的計算機能力。「如果你不希望你的研究生永遠畢不了業，那麼就需要功能真正強大的計算機。」van Keken說。（來源：中國科學報 紅楓）