下沉的构造板块会卡在地幔中一个新发现的层内，并可能引发地表地震。
过去人们认为，地球的 下地幔始于约700公里深处，是地幔的主体部分，其结构相当均一，随着深度增加只会逐渐变化。
然而，我们的新 研究 指出，地幔中存在一个以黏度大幅增加为特征的层。这一发现对我们理解脚下深处正在发生什么具有重大意义。
深处的未知世界
地幔是地球内部最大的壳层，深度范围约为50至3000公里，将炽热的液态 外核 （温度超过5000K）与地球表面连接起来。
人们认为，地幔内部物质的运动会驱动地表的 板块构造运动 ，最终引发地震和火山活动。地幔也是地球最大的储库，许多元素储存在地幔矿物中。在地球历史上，大量物质在深部地幔与地表及大气之间交换，影响着地表生命和气候。
由于人类无法直接探测下地幔—— 人造最深的钻孔 也只有约12公里深——全球物质循环过程的许多细节仍未得到充分了解。
不过，我们确实知道，物质从地球表面和大气返回深部地幔的主要方式，是一块构造板块 滑到另一块板块之下 ，并被推入地幔深处。
下沉板块的陷阱
迄今为止，大多数研究人员认为，这些下沉板块要么停滞在上地幔与下地幔的交界处，即约700公里深处；要么一路穿过下地幔，抵达3000公里深处的核幔边界。
但我们发表在最新一期《自然·地球科学》网络版上的新 研究表明，许多下沉板块实际上可能被困在下地幔中一个此前未被发现、无法渗透的岩层上方。
我们发现，下地幔中从25 GPa（吉帕）到135 GPa的巨大压力，可能导致物质表现出令人意外的特性。为了直观理解这种压力有多大，可以想象把埃菲尔铁塔放在手掌上，它产生的压力约为10 GPa。这些压力会使地幔中形成一个坚硬层。下沉板块可能被困在这一层上方；该层在1500公里以下深处达到最大刚度。
压力之下
我们通过对铁方镁石进行实验室实验得出了这一结论。铁方镁石是一种镁/铁氧化物，被认为是地球下地幔的主要组成成分之一。我们使用 金刚石对顶砧将铁方镁石压缩至近100 GPa的压力。这是一种高压装置，可将一小份样品（大小如人类头发）夹在两颗微型明亮式切割钻石的尖端之间进行压缩。
在受压过程中，我们用高能X射线探测铁方镁石，以研究它在这些高压下如何变形。我们发现，在高压下，这种材料抵抗不可逆变形的能力提高了三倍以上。
我们利用这些结果对地球下地幔中黏度随深度的变化进行了建模。此前的估算显示，黏度随深度仅逐渐变化；而我们发现，下地幔上部900公里范围内的黏度大幅增加。
黏度如此大幅增加，可能阻止板片继续下沉，从而强烈影响深部地球物质循环。基于对穿过地球的地震波速进行分析得出的 三维成像观测 也支持这些新发现；这些观测同样表明，板片在到达1500公里深处之前就会停止下沉。
对地表的影响
如果这一发现属实，那么地幔中存在这一坚硬层，将对我们理解深部地球物质循环产生广泛影响。它可能限制下地幔上部与下部之间的物质混合，这意味着，具有不同地球化学特征的地幔区域会以彼此分隔的斑块形式保持隔离，而不会在地质时期内相互混合。
此外，坚硬的中地幔层还可能对更接近地表的板片施加应力，进而可能触发深源地震。
我们对地球内部运作机制的深入认识才刚刚起步，而其中许多机制最终都会影响地表上的生命。
本文由 The Conversation合作发布。请阅读 原文。
本文的发表并不意味着世界经济论坛认可其中观点。
要及时了解议程动态， 订阅我们的每周通讯。
作者：Hauke Marquardt 是拜罗伊特大学矿物物理学研究员。
图片：在江苏省南京市的南京地质博物馆，一名女子和她的女儿触摸地球核心结构模型。路透社/Sean Yong
