01

2006年

地幔中发现的矿物

地球与太阳和其他行星有着相同的元素配方（忽略了逃避地球引力的氢和氦）。减去地核中的铁，我们可以计算出地幔是镁、硅、铁和氧的混合物，大致与石榴石的成分相匹配。

但是，在给定的深度，到底存在着什么样的矿物混合物，这是一个复杂的问题，还没有完全解决。这有助于我们从地幔中获取样本，即某些火山喷发时携带的岩石块，从300公里或更远的深度。这表明地幔最上部由岩石类型橄榄岩和榴辉岩组成。不过，我们从地幔中得到的最令人兴奋的东西是钻石。

02

2006年

地幔活动

地幔顶部被其上方发生的板块运动缓慢搅动。这是由两种类型的活动造成的。首先，是俯冲板块的向下运动，它们在彼此下面滑动。第二，当两个构造板块分开并扩散时，地幔岩会向上运动。然而，所有这些作用并没有完全混合上地幔，地球化学家认为上地幔是岩石版的大理石蛋糕。

世界上的火山活动模式反映了板块构造的活动，除了地球上少数被称为热点的地区。热点可能是地幔深处物质上升和下降的线索，可能来自地幔的最底部。或者他们可能不会。最近有一场关于热点的激烈的科学讨论。

03

2006年

用地震波探测地幔

我们探测地幔最强大的技术是监测来自世界地震的地震波。这两种不同类型的地震波，P波（类似于声波）和S波（类似于摇晃的绳索中的波），对它们所经过的岩石的物理性质作出反应。这些波在某些类型的曲面上反射，并在撞击其他类型的曲面时折射（弯曲）。我们使用这些效果绘制地球内部的地图。

我们的工具足够好，可以像医生给病人拍超声波照片那样治疗地幔。经过一个世纪的地震采集，我们能够绘制一些令人印象深刻的地幔图。

04

2006年

在实验室模拟地幔

矿物和岩石在高压下会发生变化。例如，常见的地幔矿物橄榄石在410公里左右的深度和660公里处会变成不同的晶体形式。

我们用两种方法研究地幔条件下矿物的行为：基于矿物物理方程的计算机模型和实验室实验。因此，现代地幔研究是由地震学家、计算机程序员和实验室研究人员进行的，他们现在可以用高压实验室设备（如钻石砧室）重现地幔中任何地方的条件。

05

2006年

地幔层和内部边界

一个世纪的研究帮助我们填补了地幔中的一些空白。它有三个主要层。上地幔从地壳底部（莫霍面）延伸到660公里深。过渡带位于410至660公里之间，在此深度处，矿物发生重大物理变化。

下地幔从660公里延伸到2700公里。在这一点上，地震波受到如此强烈的影响，以至于大多数研究人员认为下面的岩石在化学成分上是不同的，而不仅仅是在晶体结构上。这层位于地幔底部，厚度约200公里，有一个奇怪的名字“D-双素”

06

2006年

为什么地幔是特殊的

因为地幔是地球的主体，它的故事是地质学的基础。在地球诞生的过程中，地幔开始于铁心上方的液态岩浆海洋。当它凝固时，不适合主要矿物的元素在地壳顶部聚集成浮渣。此后，地幔开始了过去40亿年来的缓慢循环。地幔的上部已经冷却，因为它被地表板块的构造运动搅动和水合。

与此同时，我们已经了解了很多关于地球姐妹行星水星、金星和火星的结构。与它们相比，地球有一个活跃的、润滑的地幔，这是非常特殊的，因为水是区别其表面的相同成分。