1997年5月，南太平洋克马德克群岛地区发生大地震。 20 多年后，2018 年9 月，同一地点发生了第二次大地震，地震能量波从同一地区发出。
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弗吉尼亚理工大学理学院地球科学系地球科学家周瑛指出，虽然两次地震相隔20年，但由于发生在同一地区，预计在同一时间将地震波穿过地层。相同的速度。
但在实时记录地震振动的150 多个全球地震台网中的4 个台站记录的数据中，周发现了两个事件中令人惊讶的异常现象。在2018 年的地震中，一组称为SKS 波的地震波比1997 年的类似地震波传播速度快约一秒。
Zhou 的研究结果最近发表在《Nature Communications Earth Environment》 号上，他表示，SKS 波传播时间的一秒差异让我们能够以前所未有的方式了解地球更深处、外核中正在发生的事情。
里面的东西非常重要
地球的外核夹在地幔（地壳下厚厚的岩石层）和内核（地球最深的内层）之间。它主要由液态铁组成，当地球冷却时会发生对流或流体流动。由此产生的液态金属涡流会产生电流，从而产生地球磁场- 称为磁层，它保护地球及其上的所有生命免受有害辐射和太阳风的影响。
如果没有磁层，地球就无法维持生命，如果没有外核液态金属的流动磁场，磁场也无法发挥作用。周副教授表示，对这种动力学的科学理解是基于模拟，“我们只知道理论上，如果外核中有对流，就能够产生磁场。”
科学家只能猜测观察到的磁场强度和方向逐渐变化的起源，这可能涉及外核中流动的变化。
“如果你观察北磁极，它目前每年移动约50 公里，”周说。 “它正在远离加拿大，向西伯利亚移动。磁场每天都不一样。它在变化。既然它在变化，我们也推测外核的对流正在随着时间的推移而变化，但我们从未看到直接证据”。
周着手寻找这一证据。她说，外核发生的变化并不引人注目，但值得识别和从根本上理解。在地震波及其速度在年代际尺度上的变化中，周看到了一种直接对外核进行采样的方法——因为她研究的SKS波直接穿过了外核。
“SKS”代表波的三个阶段：首先，它以S 波或剪切波形式穿过地幔；然后以压缩波的形式进入外核；然后它以S 波形式从地幔返回。这些波传播的速度部分取决于其路径中外核的密度。如果当波穿透外核的某个区域时，该区域的密度较小，那么波的传播速度会更快。
“这波浪潮的路径发生了一些变化，所以现在它可以走得更快，”周说。
周认为，波速的差异表明，1997 年地震后的20 年内，外核中出现了低密度区域。她指出，2018 年地震期间SKS 波速较高可归因于地球冷却时发生的对流过程中外核中氢、碳和氧等轻元素的释放。
“20年前的物质已经不存在了。这是新材料，而且更轻。这些轻元素会向上移动，改变它们所在区域的密度，”周说。
对于周来说，这证明了运动确实发生在核心，并且它随着时间的推移而变化。 “我们现在就可以看到它。如果我们可以从地震波中看到它，将来我们就可以建立地震台并监测这种流动。”
下一步是什么
周说，她将使用一种称为干涉测量法的波浪测量方法，她的团队计划分析两个地震台的连续地震记录，其中一个将作为“虚拟”地震源。 “我们可以利用地震，但依赖地震数据的局限性在于我们无法真正控制地震发生的位置。但我们可以控制地震台的位置。我们可以将地震台放置在我们想要的任何地方，从一个地震台开始另一个地震台的波通道穿过外核，如果我们随着时间的推移进行监测，那么我们就可以看到穿过核心的地震波在两个台之间如何变化。“我们将能够更好地看到外核中的流体。随着时间的推移而移动。”
