來自地球深處的影像

地震學家利用新的分析方法(Finite-Frequency Tomography),重新對地面上所發現三十二處可能是熱柱(Plume)上湧地點的地底下作觀測,發現其中至少有六個地方清楚看見熱柱可以一直延伸到地函的最底層。

熱點(Hot Spot)最早只是用在解釋夏威夷島鏈的形成與太平洋板塊的運動,但是隨著世界各地的觀察發現與實驗模擬的結果一一出爐,科學家們於是更進一步用熱柱來解 釋洋島玄武岩(Ocean Island Basalt)與洪流玄武岩(Flood Basalt)的成因,前者就以夏威夷群島和冰島為代表,後者最著名的就是印度德干高原與西伯利亞。其中德干高原與西伯利亞的玄武岩大量噴發時間,由於還 很巧合地與地球上兩次最大規模的生物滅絕事件一致,而引發了許多討論,當然這又是另外一個故事了。

根據地球化學的觀測結果顯示,這些熱柱噴發的物質很可能是來自於地函的最深處(大約兩千九百公里附近),配合上地震層析影像 (Seismic Tomography)技術的觀察發現,隱沒板塊同樣也會下潛到地函的最深處,因而提出了地球內部整個地函熱對流(Whole Mantle Convection)的理論。只不過這樣的理論至今仍然無法完全證實,其中欠缺的一塊拼圖就是如果熱柱真的帶著較高溫的物質從地函的最深處上湧,我們理 應在那些有熱柱噴發的地底下發現地震波慢速的異常構造才對,可是地震學家卻一直無法觀察到這個現象。

直到本篇論文的作者之一,台大地質科學系的洪淑蕙教授提出了有限頻率分析的方法,針對不同頻率地震波所敏感的地球構造尺度與波前復元計 算,修正了過去波線理論(Ray Theory)的誤差,同時得以將地震訊號強度增加百分之三十到六十的解釋能力。於是普林斯頓大學(Princeton University)的研究團隊於是利用這個新方法,檢視了全世界三十二處目前被認為是熱柱活動的地點,結果終於得到一直以來許多研究人員努力想得到的 影像。

在本次的研究中,總共至少有六個地點可以確定地底下地震波慢速的異常構造,可以一直延伸到地函的最底層,這六個地點包括:亞森欣島 (Ascension,東南大西洋)、亞速群島(Azores,東北大西洋)、加納利群島(Canary,東北大西洋)、復活節島(Easter,東南太 平洋)、薩摩亞群島(Samoa,南太平洋)和大溪地島(Tahiti,南太平洋)。都可以很清楚地觀察到熱柱的特徵從地表一直到大約二千八百公里深左 右,而其他地區觀測到的特徵則不盡相同,並由於地震分布的限制,沒有辦法在每個深度都得到很好的解析度,仍然有待努力(或是有待地震的發生)!

不論如何,這樣的結果確實讓我們對地球內部的運作可以有更多的概念,也對各家學說提供了或正或反的重要佐證,不過很顯然地,要達到能夠完全解釋地球內部運作這樣的目標,還有很長很長的路要走啊!

參考資料:
Raffaella Montelli, Guust Nolet, F. A. Dahlen, Guy Masters, E. Robert Engdahl, and Shu-Huei Hung, 2004, Finite-Frequency Tomography Reveals a Variety of Plumes in the Mantle, Science, 303, P.338-343
Richard A. Kerr, 2003, Mantle Plumes Both Tall and Short? Science, 302, P.1643

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