beat365官方网站黃清華教授團隊與美國學者合作，在地幔過渡帶含水量探測方面取得新進展，研究成果以“A relatively dry mantle transition zone revealed by geomagnetic diurnal variations（地磁日變化信号揭示了相對幹燥的地幔過渡帶）”為題，于近日在Science Advances發表。

水的分布可以改變地幔礦物的熔融狀态和流變學性質，是影響深部動力學過程的關鍵因素之一。研究地球深部水循環從而加深對地球結構演化的理解，需要探明地幔各個圈層中水的分布。與上、下地幔相比，地幔過渡帶(410-660 km)因其主要礦物（瓦茲利石與林伍德石）出色的儲水能力，成為地球深部最具潛力的“水庫”。盡管理論上地幔過渡帶能夠儲存相當于地表海洋4倍以上的水量，但實際的地球物理與地球化學研究給出的含水量往往大相徑庭。回答地幔過渡帶實際含水量這一關鍵問題需要結合多學科觀測資料，對地幔過渡帶結構進行高精度成像。在衆多的岩石物理參數中，電導率對含水量較為敏感。如果能夠獲取準确的地幔過渡帶電導率模型，結合高溫高壓礦物物理實驗結果，就可以有效約束水在其中的分布。

beat365地空學院張慧茜博士後與黃清華教授及合作者美國俄勒岡州立大學GaryEgbert教授一起，結合全球地磁台網觀測資料和熱層-電離層耦合物理模型，針對地磁日變信号發展了一套交替反演電離層場源結構和地幔電導率分布的方法，攻克了日變信号場源空間形态複雜、不易應用于地球内部結構探測的難點，突破了傳統方法僅使用長周期磁層信号的限制，提高了模型對地幔過渡帶的分辨率。研究發現上地幔電性結構存在顯著的橫向不均勻性，盡管電導率的三維分布對單台日變信号的解釋影響較大，但全球數據的同時反演（圖1）能夠有效約束200-600 km深度範圍内的電導率結構，從而揭示了全球地幔過渡帶平均含水量。

反演得到的陸地平均電導率-深度剖面表明，上地幔（200-410 km）與過渡帶上層（410-520 km）的電性結構無明顯差異，平均電導率約為0.03 S/m，而地幔過渡帶下層（520-660 km）電導率明顯增加（圖2）。基于地幔主要礦物電導率的高溫高壓實驗測量結果和全球地幔絕熱溫度模型，由上地幔及過渡帶上下層的平均電導率分别估算出各層的含水量。結果表明，地幔過渡帶含水量為0.03 wt.%，遠小于瓦茲利石的儲水能力。用于反演的地磁台站大多位于歐亞和北美大陸，由此推測，盡管俯沖闆片能夠攜帶大量的水進入地球深部，但大部分陸地下方地幔過渡帶内水含量并未達到飽和的狀态。

該研究得到國家自然科學基金委創新研究群體項目和青年科學基金項目資助。

論文鍊接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo3293

圖1. 全球地磁台網台站分布與日變數據拟合相對誤差。

圖2. （A）陸地平均電導率-深度剖面。（B）礦物電導率随含水量的變化。