此次研究的核心发现是,法拉隆碎片的下拉力导致上方克拉通物质出现了克拉通变薄现象。这就像一块漂浮在水面上的木板下方连接了一个重物,随着时间推移,重物会逐渐拉扯木板并可能最终将其拖入水下。研究人员通过复杂的计算机模拟证实,当模型中包含法拉隆碎片时,克拉通物质会形成明显的滴落结构;当碎片被移除时,滴落现象消失。
这种现象可以通过一个简单的家庭实验来类比理解:将一小滴蜂蜜滴在温水表面,然后迅速将一粒小金属球轻放入蜂蜜中心。仔细观察就会发现,金属球不仅自身下沉,还会带动周围的蜂蜜形成一个向下延伸的细长结构。这个简单实验中发生的过程,在视觉上与地壳滴落现象惊人地相似,只是地质过程发生的时间尺度要长得多——以百万年计,而非几秒钟。
那么,科学家们是如何"看到"地下数百公里处这些不可见的结构变化的呢?这得益于一项名为全波形反演的尖端地震成像技术。不同于传统地震成像主要利用地震波的传播时间来推断地下结构,全波形反演分析地震波的全部特性——包括波形、振幅、频率和相位等多维信息。
从数学角度看,全波形反演是求解波动方程的反问题。波动方程可表示为:
其中是波场,是介质速度,是震源函数。通过迭代优化地下介质模型,直到计算的合成地震图与实际观测数据最大程度匹配,科学家们得以构建出高精度的地下结构三维图像。
这种技术相当于从2D到3D、从黑白到彩色的飞跃,使科学家们能够"看到"传统方法无法分辨的细节。德克萨斯大学奥斯汀分校的地球物理学家Thorsten Becker解释道:"由于使用了这种全波形方法,我们对深部地幔和较浅的岩石圈之间的重要过渡区域有了前所未有的清晰认识。"