近期科学家在最近一项研究中已证实地函（mantle），特别是位于地表下约1,700英里以下的“D" 层”，会呈现现固态流动。这一突破性发现挑战了过去对地球组成与行为的假设。目前这项研究成果已发表在《通信-地球与环境》（Communications Earth & Environment）上。

苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）村上元彦（Motohiko Murakami）及其团队进行了突破性的实验，模拟了下地函的极端环境。他们的研究成果为神秘的地震波异常提供了解释，并为理解地球地质作用（geological process）打开了新的方向。通过结合计算机模型与高压实验室实验，村上团队得以证明D" 层中的后钙钛矿（post-perovskite）矿物当地质时间尺度上排列并像液体般地流动，该发现，对于理解地球内部动态至关重要。

地球地函中的D" 层长久以来一直令科学家着迷，因为它具备了令研究人员多年来倍感困惑的奇特现象：能让地震波（seismic wave）速度突然加快。直到村上团队展开突破性实验之前，这一地震异常的原因仍未被揭开。

村上团队通过使用钻石高压砧（diamond anvil cell）与X光绕射技术的实验发现，D" 层的岩石虽然保持固态，却以类似液体流动的方式移动。研究人员对锗酸镁晶体（magnesium germanate crystal）施加极高压与高温，成功重现地函D" 层的环境条件。他们发现，这些称为“后钙钛矿”（post-perovskite）的矿物会以特定方式排列，使其能够随时间缓慢变形并“流动”。这种行为解释了观测到的地震波速提升，并为地函的神秘特性提供了新的见解。

该团队发现后钙钛矿是D" 层的关键矿物，对地函动态的研究而言是一大飞跃性的成就。科学家首度在2004年发现更深层地函中的钙钛矿，在极端压力下会转变为后钙钛矿的现象。然而直到村上团队的实验，科学家才完全理解这种矿物结构的深远意义。

村上团队在实验中重现了深部地函的高压高温环境，亲眼观察到后钙钛矿晶体以特定方式排列的过程，它在某一方向上会变得极为坚硬，使地震波能以更快速度穿过该物质。此项洞察对理解热量、能量与物质在地球内部的流动具有重大意义。它同时解释了驱动板块运动之深部地函流是如何运行的，以及它们如何影响从地震到火山喷发等地表地质活动。

这项发现最令人振奋的涵义之一，是它有助于解释地震波的行为，而地震波对于理解地球内部结构至关重要。新的研究结果显示，后钙钛矿的排列能使地震波加速高达7%。这与全球地震学家记录到的地震波速变化相符，进一步证实了地函的动态特性。该发现也揭示了地函流动如何在推动构造板块运动的对流中发挥关键作用。

随着这些对流持续重塑地球表面，后钙钛矿矿物的排列可能影响隐没带（subduction zone）、火山热点，甚至山脉形成的位置与强度。该研究通过更精确地描绘地震波当地函中的传播方式，对于预测与理解地震、火山爆发能力的提升有很大帮助。

更令人惊讶的地方，莫过于该研究与地球磁场之间关联性的披露。D" 层中固体岩石的运动，可能对生成地球磁场的地磁发电机（geodynamo）产生深远影响。再加上近期的模型显示，后钙钛矿的排列可能引导地函热柱（mantle plume）上升，将热量从下地函输送至上地函与地壳。这些热柱在与地球表面互动时，可能形成火山热点。深部地函的固态流动也可能是过去2亿年间某些地球磁场变化的成因之一。

（首图来源：阿拉巴马大学）