本报讯近来，我国科学技术大学地球和空间科学学院教授吴忠庆等协作研讨之后发现，下地幔矿藏中铁的自旋改变会导致地幔中部的纵波波速对气温改变不灵敏，然后解说了多个地震层析成像观测到的不寻常波速结构的成因，为使用自旋改变效应知道地球内部结构打开了一扇门。相关效果日前发表于美国《国家科学院院刊》，《科学》杂志的“特选栏目”也介绍了该作业。
据了解，铁方镁石中的铁从有磁矩的高自旋态改变到没有磁矩的低自旋态会显着下降其波速。但不同于其他矿藏相变有一个显着的波速间断面，铁方镁石中的铁是逐步从高自旋态过渡到低自旋态，是一个滑润的相变。这导致使用地震学手法勘探该改变的尽力一直没成功。
吴忠庆研讨组经过一系列剖析自旋改变下的弹性数据，发现自旋改变可在地震层析成像图中留下多个可观测特征。例如，它会导致纵波波速在～1750公里深度对气温改变不灵敏，其结果便是起源于深部的地幔柱会在～1750公里深度中止。这样的现象已在夏威夷等地多个热门下的地幔柱纵波成像图中观测到，但一直没得到很好的解说。
地幔柱是起源于核幔鸿沟的热物质上涌流，穿越整个地幔抵达岩石圈底部，是板块运动的首要驱动力之一。地震学成像是现在观测地幔柱的首要手法，但实践观测发现，在～1750公里深度多个地幔柱的波速并没有显着变慢，即上涌热物质在这个深度忽然变得不热。这个现象很难了解，也跟地幔柱的整个概念有抵触。
最新研讨标明，上涌物质其实仍是热的，只不过自旋改变下纵波波速在这个深度对气温改变不灵敏，形成温度不高的幻觉。该研讨为地幔柱模型供给了强有力的支撑。一起，因为找到了辨认自旋改变的特征，能够预期自旋改变一定会像橄榄石系列相变、后钙钛矿相变相同，有力地促进对地球内部结构的知道。（宗华）
