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详细的计算机模拟帮助科学家深入探索地球内部

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地球动态的表面被分为十几个主要的地壳板块,它们的滑动和错动释放出火山,形成山脉,并引发地震。但是,内部世界的运作是不可见的,而且很难解读。现在,加州大学伯克利分校的马克·理查兹和洛斯阿拉莫斯国家实验室的汉斯-彼得·邦吉创建了地球内部的计算机模拟,以生动的细节展示了搅动地球的对流过程——字面意义上地摇撼着我们的世界。

这些图像有助于解决地球物理学中一个长期存在的问题。在最简单的地球模型中,每个对流环或“细胞”的宽度大约与其深度相同。该模式表明,最大的板块的宽度应该大约是地球地幔的深度,即约3000公里。但是,太平洋板块的跨度是这个距离的四倍多。理查兹和邦吉怀疑这些模型忽略了一个关键因素:热地幔岩石的粘度(或粘性)如何随深度变化。


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为了验证这个理论,研究人员开发了一个修正的模型,其中岩石的粘度从地幔顶部到底部增加了30倍。然后,他们使用洛斯阿拉莫斯国家实验室的大规模并行Cray T3D计算机来查看他们的模型与现实的符合程度。由此产生的模拟与地球构造板块的真实尺寸更加吻合。另一个显示地表以下300公里处情况的模拟显示,可变粘度模型(在此图像的底部)准确地描绘了地幔中冷物质的俯冲,而恒定粘度模型(在顶部)则不能。有关这项研究的完整报告将发表在10月1日的《地球物理研究快报》上。

理查兹和邦吉的工作是在其他一些理解地球深层内部的突破之后进行的——例如,驱动地球磁场的发电机详细模型,以及内部核心的晶体结构和独立运动的发现。借助更快的计算机和更完整的地震数据,地球物理学家在揭示我们脚下曾经秘密的领域方面取得了显著进展。

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