地球的表面看似平静，但其内部却充满着活力。在广阔的海洋深处，绵延着数万公里长的海底山脉——洋中脊（Mid-Ocean Ridge）。这里是地球板块构造运动的“诞生地”，也是岩浆活动的活跃区域。
洋壳（Oceanic Crust），顾名思义，就是覆盖在海洋盆地底部的地球外壳部分。它的形成过程就像一个巨大的“拼图游戏”：地幔（Mantle）中的高温物质沿着洋中脊上涌，部分熔融形成岩浆，冷却后形成新的洋壳，不断将旧的洋壳推向两侧，这就是海底扩张学说。
然而，这个“拼图游戏”的规则却并非一成不变。洋壳的形成和结构受到多种因素的影响，包括洋中脊的扩张速率、地幔温度以及地幔物质成分等等。
长期以来，科学家们利用地震层析成像技术对洋壳结构进行研究。这种技术就像给地球做“CT扫描”，可以大致描绘出地球内部结构。然而，传统的地震层析成像技术分辨率有限，难以揭示洋壳的精细结构。
近年来，一种更为先进的技术——地震全波形反演技术（Full-Waveform Inversion, FWI）——逐渐应用于地球物理研究领域。这项技术可以利用更全面的地震波信息，获得更高清的地球内部图像。
图2 将来自初始模型（A）的海底地震仪（OBS）归一化观测（黑色）和合成（红色）数据以及来自全波形反演（FWI）的反演速度模型（B）与8.0 km/s的缩短走时进行比较。
在这项最新研究中，科学家们将目光聚焦于赤道大西洋洋中脊的一段形成于7000万年前的缓慢扩张地壳。他们利用海洋底地震仪（Ocean Bottom Seismometer, OBS）数据，结合地震全波形反演技术，对该区域的洋壳结构进行了精细成像。
结果出乎意料，这处地壳的厚度仅为4±0.2公里，远低于全球平均厚度（6.1±0.9公里），甚至比之前利用传统地震层析成像技术估算的结果还要薄30%！为什么这处地壳会如此之薄？科学家们认为，这可能与该区域的地幔温度有关。
图3 （A） 全波形反演（FWI）后的反演速度模型。（B） 反演速度模型的垂直速度梯度。（C） 沿剖面从A中的实线和虚线白线测量的地壳厚度（黑线）和MTZ厚度（红线）的变化
研究发现，这处超薄地壳的下地壳厚度仅为1.7±0.6公里，表明该区域的岩浆活动可能并不剧烈，下地壳的原位结晶作用有限，地壳主要由熔岩流和岩脉侵入形成。
此外，研究还发现了一个厚度为1±0.5公里的莫霍面过渡带（Moho Transition Zone, MTZ）。莫霍面是地壳和地幔的分界面，而莫霍面过渡带则代表了地壳和地幔之间的物质和结构的过渡区域。
根据模拟结果，要形成如此薄的地壳，该区域的地幔温度需要比之前估计的低至少50摄氏度。这一发现挑战了现有的地幔温度模型，表明赤道大西洋上地幔热最小值的范围可能比我们想象的更大。
这项研究揭示了更加精细的洋壳结构，为研究洋壳形成机制提供了新认识。研究结果挑战了现有的地幔温度模型，可能促使科学家们重新评估全球范围内的地幔温度分布。
参考文献：Nirmit Dhabaria, Satish C. Singh; Seismic evidence of an extremely thin crust along a 70 Ma slow-spreading crustal segment in the equatorial Atlantic Ocean. Geology 2024; doi: https://doi.org/10.1130/G52480.1
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