地球五个层次大揭秘（科学家发现地球）

很多人都知道，地球有三（或四）层，它们是地壳、地幔和地核，而地核又可以细分为内核和外核。虽然这种认知并没有错，但它却遗漏了科学家们在地球内部发现的其它几层。

美国普林斯顿大学的地球物理学家们，通过采集玻利维亚的一个巨大地震的数据，发现了位于地表660公里下面的山脉和其它地形结构，它们将地幔分割成上地幔和下地幔两部分。由于目前还没有对这一新发现的地质层进行正式命名，研究人员将之简单地称为“660公里的边界”。

为了深入研究地球的构造，科学家们使用了地球上最强大的波，这些波由大地震产生。研究人员称，他们想要一场大而深的地震让整个地球震动。这是因为，大地震比小地震的威力要大得多，里氏震级每上升一步，能量就会增加30倍，而深地震不会将能量消耗在地壳中，而是能让整个地幔动起来。研究人员表示，他们最好的数据来自7.0级或更高级别的地震，因为它们向各个方向发出的冲击波可以穿过地核到达地球的另一端，然后再返回。在这项研究中，关键数据来自1994年玻利维亚发生8.2级地震（有记录以来的第二大深源地震）后的海浪。

地震学家和数据科学家使用强大的计算机，包括普林斯顿大学的Tiger超级计算机集群，来模拟地球深处复杂的散射波行为。这项技术依赖于波的一个基本特性：它们的弯曲和反弹能力。就像光波通过棱镜时能从镜子上反射或弯曲（折射）一样，地震波直接穿过均质岩石，但遇到任何边界或粗糙度时就会反射或折射。

我们知道，几乎所有的物体都有表面粗糙度，因此会散射光线，科学家们通过研究散射波来分析有关表面粗糙度的信息。在这项研究中，科研人员研究了在地球内部传播的散射地震波，发现了“地球660公里的边界”。研究人员惊讶地发现，这个边界非常粗糙，甚至比我们生活的表层还要粗糙。用他们的话来说，就是在660公里的边界线上，有着比落基山脉或阿巴拉契亚山脉更强的地形。这个边界的粗糙度也不是均匀分布的，地球的深层和我们在地表观察到的一样复杂，正如地壳表面有平滑的海底和巨大的山脉，“660公里的边界”也有粗糙的区域和平滑的斑块。

那么，这项新的发现意味着什么呢？“660公里的边界线”对于理解我们的星球是如何形成并继续运转有着重要的意义。这一层将占地球体积84%的地幔分为上下两部分。多年来，地球科学家一直在争论这个界限到底有多重要。他们研究热量是如何在地幔中传播的，那么热岩石是如何从地核-地幔边界（大约2000英里以下）顺利地向上移动到地幔顶部的，还是这种转移在这一层中断了呢。一些地球化学和矿物学证据表明，上地幔和下地幔在化学上是不同的，这支持了这两个部分在热和物理上不混合的观点。另一些观测结果表明，上地幔和下地幔之间没有化学差异，这导致一些人提出所谓的“混合良好的地幔”，即上地幔和下地幔参与相同的传热循环。

但是，这一新的发现为这个问题提供了深入的见解。研究人员的数据表明，这两种观点可能都有一部分是对的。“660公里的边界线”较平坦的区域可能是由于更彻底的垂直混合，而较粗糙的山区可能是由于上地幔和下地幔不混合而形成的。此外，研究还发现，存在于大尺度、中尺度和小尺度上的粗糙度，理论上可能是由热异常或化学异质性引起的。基于热量在地幔内部的传输方式，任何小规模的热异常都会在100万年之内被消除，这只留下化学差异来解释他们发现的小尺度粗糙度。