地幔560km地震波不连续面成因揭秘：正、反林伍德石相变的关键作用

近日，由中国科学院地球化学研究所Joshua M.R. Muir研究员、北京大学地球与空间科学学院的刘曦研究员、张志刚研究员（中国科学院地质与地球物理研究所）、吕明达博士（美国密歇根州立大学）等多位科学家组成的国际科研团队取得了重大突破。他们的研究揭示了地幔560公里地震波不连续面的成因，发现含缺陷的正、反林伍德石相变过程是导致该不连续面的关键因素。该研究成果已在线发表在国际知名期刊《Geoscience Frontiers》上。

地震波不连续面是了解地球内部结构的重要线索，560公里地震波不连续面近年来受到科学界的广泛关注。然而，该不连续面的成因一直未能得到令人信服的解释。传统理论认为，地幔过渡带中的林伍德石结构相对稳定，与此不连续面无关。然而，本研究通过第一性原理计算发现，林伍德石中存在的缺陷显著降低了正、反林伍德石的相变温度，使得反林伍德石能够在地幔过渡带中稳定存在。这一相变过程与560公里地震波不连续面的形成高度相关。

该研究的第一作者，北京大学博士生赵旭炜指出：“通过计算我们发现，含缺陷的林伍德石在地幔过渡带中的相变温度大幅降低，这意味着反林伍德石在这些条件下可能广泛存在，从而导致地震波不连续面。”

这一发现不仅为理解地球内部结构提供了新的视角，也对未来的地幔矿物学模型的建立具有重要的指导意义。同时，这项研究成果也为探索类地行星内部结构与演化提供了宝贵的参考。

本研究得到了中国科学院战略性先导科技专项（B类）和国家自然科学基金的资助。研究过程中，中国科学院院士徐义刚研究员、中国科学院海洋研究所孙卫东研究员等科学家提供了有价值的建议。此外，中国科学院广州地球化学研究所Takahashi Eiichi研究员团队也在高压实验方面作出了重要贡献。

图1: （左图）地球圈层结构与地震波波速变化；（中图）地幔过渡带附近矿物成分及波速变化；（右图）地球部分区域的地幔过渡带附近不连续面深度

图2:  纯林伍德石及含缺陷林伍德石的相图

论文信息：

Stabilizing inverse ringwoodite with defects,and a possible origin for the 560-km seismic discontinuity： https://doi.org/10.1016/j.gsf.2024.101896