地球的地幔就像一个巨大的搅拌器，将凉爽的海洋地壳向下循环到地核，在那里它加热成糊状固体，然后再次上升——这个过程为从 板块构造 到火山活动的一切提供动力。
但是这个系统中存在一些障碍，新的研究揭示了原因：一个大约 416 英里（670 公里）深的滑动层阻止了地壳块的前进，在地幔中部（地球地壳和地核之间的层）形成了“停滞板片”。[图片集：地球表面之下隐藏的海洋]
“板块的这种偏转一直让我们对[地幔]的理解感到困惑，”科罗拉多大学博尔德分校的物理学家、10 月 1 日发表在《自然-地球科学》杂志上的新研究的合著者钟世杰说。
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停滞不前
没有办法直接观察地幔，但科学家们使用地震产生的地震波来研究其动力学。通过探测波在地球上传播，研究人员可以构建地幔的 图像，这与雷达如何使用无线电波对物体成像类似。
地幔中发生的事情与地壳中正在发生的事情有关。地壳由构造板块组成，这些板块像木筏一样漂浮在地幔上，就像在非常非常厚的海洋上一样（地壳的稠度类似于热沥青）。在某些区域，称为俯冲带，一个构造板块潜入另一个板块之下，将海洋地壳的碎片磨入地幔。钟世杰说，从地震学来看，研究人员知道，其中一些地壳板片并不总是完全行进 1,860 英里（3,000 公里）到达核幔边界。基本上，它们在半途中卡住了。
特别是在西太平洋，例如在日本附近和 马里亚纳海沟，地壳板片似乎在约 416 英里（670 公里）深处停滞不前。在这些区域，它们似乎会偏转并水平移动多达 1,243 英里（2,000 公里）。
钟世杰说，那个特定深度的地幔层是不寻常的，因为那里的岩石经历了突然的密度增加，这是所有岩石压在其顶部的压力的结果。在新的研究中，钟世杰和科罗拉多大学研究生毛伟构建了一个地幔动力学的计算机模型，包括这种密度增加和过去 1.3 亿年的大陆板块运动。
模型地幔
研究人员发现，这个更完整的地幔模型自然而然地产生了与真实地幔中看到的相同类型的停滞板片。钟世杰说，似乎正在发生的事情是，670 公里处上覆岩石的累积压力产生了一个粘度降低的区域——本质上，地幔更滑，粘性更小。
“这种降低的粘度本质上为我们所谓的板片润滑提供了条件，”钟世杰说。地壳块能够横向滑动和滑动，而不是继续向下俯冲。
机器中的这个障碍只是暂时的。钟世杰说，这些板片可能只被困住大约 2000 万年—— 就地球历史而言，只是眨眼一瞬间。但它们的动力学可能对地表上看到的一些地质现象很重要。例如，中国东北部的火山活动，远离日本火山弧，可能部分归因于其中一些板片动力学，钟世杰说。
该模型并没有回答关于停滞板片的所有问题。钟世杰说，尚不清楚为什么西太平洋似乎会产生如此多的停滞板片，而北美和南美洲附近的俯冲带目前没有。他说，全球各地还有其他神秘地点。
“在像新西兰这样的地方，我们的对流模型和观测结果之间仍然存在一些分歧，”他说，“因此我们需要调和这些地方。”
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