温联星研究组
 
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本研究组揭示地球内核表面近二十年的变化

( 2015-08-31 )

  中国科学技术大学地震与地球内部物理实验室温联星研究组首次揭示地球内核表面在近二十年内随时间的变化。该研究组博士生姚家园,孙丽和温联星教授利用重复地震震相的走时分析,发现非洲中南部下方的内核表面局部地方呈现阶段性的时间变化,在很短时间尺度内(几年或者更短)交替地增长和收缩,并且这些变化会快速地迁移。研究成果发表在《地球物理学研究》 (Journal Geophysical Research)上。

 

  地球内核是由液态外核固化而形成的。内核增长时会释放潜热,并且抛出轻元素,为外核热组分对流和地球发电机提供驱动力。传统观点认为,内核增长过程极其缓慢,而且在地理分布上是均匀的。然而,温联星研究组在近几年发现:非洲下部的内核表面在1993年至2003年之间局部地增长了0.98-1.75公里;内核表面存在重要的地形。这些新的发现极大地改变了我们对内核的认识。但是对内核表面随时间变化的行为的认识仍然基于较短的时间尺度(10年)。在此研究中,该研究组利用发生在1993年到2013年之间的9个重复地震,通过分析内核表面反射 (PKiKP) 和内核里折射 (PKIKP) 的压缩波走时变化(图1a和1b),揭示了内核边界在近二十年内随时间变化的情况(图2)。

 

图1: (a) PKIKP(红色)和PKiKP(蓝色)震相的射线路径。(b-c) ARU (b) 和AAK (c) 台站记录的重复地震叠加波形。

 

  研究表明,在早期 (2003年之前),位于加蓬西海岸,刚果共和国和坦桑尼亚西南部下方的内核表面处于增长状态(图2b和3a),而位于津巴布韦和肯尼亚,以及安哥拉西部和中非共和国北部下方的内核表面没有明显的变化(图2b);而在后期(1998年之后),加蓬西海岸,刚果共和国和坦桑尼亚西南部下方的内核表面或收缩,或保持不变(图2b和3a)。津巴布韦或者肯尼亚下方的内核表面在1998年到2009年之间至少下降了5.59公里(图2b和3c)。安哥拉西部或者中非共和国北部下方的内核表面在1998年到2013年之间至少下降了1.73公里(图2b和3b)。这些结果表明地球内核表面局部地方呈现时间变化,在很短时间尺度内(几年或者更短)交替地增长和收缩。这些变化是阶段性的,并且快速地迁移。

 

图2:(a) 内核表面随时间变化情况的区域分布。 (b) 非洲中南部下方内核表面随时间的变化。

 

图3:非洲下部三个剖面处(图2a中的绿色和红色线条)的内核表面随时间变化示意图。

 

  该研究组的地震学结果表明与内核固化和熔化相关的能量释放在地理分布上不均匀,而且能量在很短时间尺度内在一些局部区域剧烈地释放。因此,外核对流和地球发电机的驱动力具有阶段性释放,快速迁移和交替改变方向的特点。

 

论文链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2015JB012339/abstract
作者通讯方式:kakayao@mail.ustc.edu.cn


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