在地球表面下，近3000公里深处，存在一个神秘的层面，在这里，地震波的传播速度 inexplicably 加快。数十年来，科学家们对这个 D” 层感到困惑。现在，苏黎世联邦理工学院的突破性实验终于揭示了固体岩石在极端深度下的流动，表现得如同流动的液体。这种水平的地幔流动使名为后钙钛矿（post-perovskite）的矿物晶体沿同一方向排列，从而解释了地震行为。这是对地球深层内部机制理解的惊人飞跃，将一个长期困扰科学家的谜团转化为一幅生动的地下水流图，有助于推动火山、地震，甚至是地磁场的形成。
地震、火山喷发、板块移动——这些都是我们星球活着的迹象。但在地球深处揭示的东西让外行人和科学家都感到惊讶：在地球表面下近3000公里，固体岩石正在流动，这既不是像熔岩那样的液体，也不是像固体岩石那样的脆性物质。这是由由苏黎世联邦理工学院实验矿物物理学教授村上基彦领导的地球科学家团队的新研究所展示的。该研究刚刚发表在《地球与环境通信》期刊上。
半个世纪的猜测
超过50年来，研究人员一直在研究地球深处一个奇怪的区域——所谓的D”层，位于我们脚下约2700公里深处。地震波在这里的表现突然不同：它们的速度似乎在穿过不同的材料时跃升。关于地幔这层的确切情况长久以来一直不明，直到现在。
在2004年，村上发现钙钛矿（perovskite），地球下地幔的主要矿物，在极端压力和高温下会转变为一种新矿物，称为“后钙钛矿”。
研究人员假设这种变化解释了地震波的奇怪加速。然而，这并不是全部故事。2007年，村上和同事找到了新证据，表明仅仅依靠钙钛矿的相变是不够的，无法加速地震波。
通过使用复杂的计算机模型，他们最终发现了一些重要的事情：根据后钙钛矿晶体的指向，矿物的硬度会发生变化。只有当模型中的所有矿物晶体朝同一方向排列时，地震波才会加速——正如在2700公里深的D”层中观察到的那样。
在苏黎世联邦理工学院进行的一项非同寻常的实验中，村上已经证明后钙钛矿晶体在巨大的压力和极端温度下会朝同一方向排列。为此，研究人员在实验中测量了地震波的速度，并能够在实验室中重现D”层的跃升。“我们终于找到了最后一块拼图，”村上说。
地幔流动对齐晶体
一个重要的问题是：是什么使得这些晶体排列起来？答案是，固态地幔岩石沿地球地幔的下缘水平流动。研究人员长期怀疑这种运动——像沸水一样的对流——必须存在，但从未能直接证明。
地球研究的新篇章开始
村上和他的同事们现在也通过实验演示了固态岩石的地幔对流在核心与地球地幔的边界处存在，也就是说，在这个深度，固体而非液体的岩石缓慢而稳定地流动。“这个发现不仅解决了 D” 层的谜团，而且为了解地球深处的动态打开了一扇窗，”村上解释道。
这不仅是一个里程碑，也是一个转折点。固体岩石流动的假设已从理论转变为确定性。“我们的发现表明，地球不仅在地表活动，而且在深处也在运动，”苏黎世联邦理工学院的教授说。
凭借这一知识，研究人员现在可以开始绘制地球最深内部的水流，从而可视化这个不可见的动力，它推动火山、板块以及甚至可能是地球的磁场。
