地球重力场信号的巨大异常在地表深处移动

2007年，东大西洋上空发生了一件奇怪的事情。根据绕地球运行的卫星的说法，我们星球的重力场在沉降到原始状态之前出现了大陆规模的异常。

一项新的分析表明，这种奇怪的事件在地表对人类无法检测到，只是在重力监测卫星收集的数据中才被发现——原因是我们下方远处的质量巨大重新分布。

据法国巴黎城市大学地球物理学家夏洛特·高涅·古兰顿 （Charlotte Gaugne Gouranton） 领导的一个团队称，这种重新分布可能是地幔下边界附近约 3,000 公里（1,864 英里）处物质相变的结果。

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异常是由一个关节检测到DLR的以及美国宇航局名为重力恢复和气候实验的任务（恩典），一对从 2002 年到 2017 年绕地球运行的卫星。

当卫星在近地轨道上旋转时，卫星配置对地球重力场的变化比地表上的传感器敏感得多。它们以精确的队形彼此保持在可检测的距离内;它们之间的距离随着重力场强度的变化而变化。

然后，这些变化可以与表面质量分布的变化相关联，例如地下水的变化储 层冰川融化和海平面变化，所有这些都表现为行星引力场的微小变化。

Gaugne Gouranton 和她的同事认为这些卫星可能记录了来自地球深处的一些质量变化，因此他们搜索了 GRACE 任务期间收集的数据，寻找与地表活动不符的异常迹象。

2006 年至 2008 年间，在 2007 年 1 月达到峰值，他们发现了一个微妙但巨大的偶极子模式：一个带的引力较强，旁边的引力较弱，横跨东大西洋约 7,000 公里。这种模式表示质量正在重新分布，而不是简单地添加或删除。

让这个信号更有趣的是，它与同一区域的地球磁场的猛拉同时发生，由其他卫星记录，称为地磁混蛋.这些变化被认为是行星内部深处变化的结果，靠近甚至在液体外核中。

研究人员对各种场景进行了建模，以确定引力异常是否与地表过程有关，特别关注移动水，包括地下水和海洋。

这些模型不仅无法匹配异常的位置、规模或时间，而且产生观测到的规模的异常所需的大量流动水在物理上也是不可能的。

一旦排除了地表过程，研究人员就需要弄清楚地表深处的哪些过程可能是原因。

地幔中最丰富的矿物是布里奇曼石（（Mg，Fe）SiO₃）。在某些条件下，桥长石可以发生相变，从钙钛矿晶体结构设置为后钙钛矿结构.

这意味着矿物内部的原子转变为不同的晶格构型，并且它发生在非常高的压力和温度下，而这些压力和温度只能在岩心-地幔边界.

桥式岩石结构的这种变化还涉及材料密度的显着变化，这将使该区域的质量重新分布得相当快，从而在上方的重力场中产生巨大的变化。这也可以解释同时发生的地磁抖动。

该团队的工作尚未得到证实，但还有其他影响。地震数据显示奇怪的物质斑点靠近地核，似乎与周围物质具有不同的特性。2007 年引力异常相移的拟议位置非常接近这些斑点之一，这可能意味着这两种现象是相关的。

“通过分析 GRACE 衍生的重力梯度的时间序列，我们在东大西洋发现了一个异常的大尺度重力梯度信号，在 2007 年初达到最大值，这不能完全用地表水源或岩心流体流动来解释，”研究人员写道.

“这使我们认为，该信号的至少一部分可能反映了地幔深处的快速质量重新分布。”

这些大规模重新分配有多普遍，以及它们如何适应更广泛的格局地球内部动力学，仍有待调查。

该研究已发表在地球物理研究快报.

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