地球內核是由液態(tài)外核冷凝形成。在這個(gè)過(guò)程中，鐵晶體凝固釋放出的熱量，不相容輕元素（S, O, Si等）上升形成物質(zhì)流；這兩種動(dòng)力共同驅動(dòng)液態(tài)外核的流動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生地磁場(chǎng)。 內核頂部有可能保留了這個(gè)演化過(guò)程的痕跡，因此，研究?jì)群隧敳康慕Y構對理解地球演化、包括核幔分異和地磁場(chǎng)的演化具有重要意義。

        地球內核已經(jīng)被證實(shí)具有復雜的三維各向異性結構，即內核的物理性質(zhì)（如速度、衰減）與方向有關(guān)。然而，當前 對于內核頂部的研究，在各向異性的幅度、分布特征、以及速度和衰減的關(guān)系之間還存在很多不一致：比如內核頂部被認為存在兩個(gè)不同結構的半球 ，但是同一半球內也被發(fā)現存在明顯的結構差異；內核頂部速度的各向異性被認為很弱（1%），然而，非洲下方的各向異性可達2%以上； 對于速度和衰減的關(guān)系，不同的研究也存在分歧。

        針對以下兩個(gè)問(wèn)題： 1） 內核頂部的速度和衰減到底是否存在各向異性？2）衰減和速度的關(guān)系到底是怎樣的？中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室孫新蕾課題組系統地分析了2000-2017年全球的固定臺網(wǎng)、區域臺網(wǎng)以及流動(dòng)臺網(wǎng)的穿過(guò)地核的PKP數據（圖一），選取了數據分布在各個(gè)方向都比較均勻的太平洋下方的內核區域，通過(guò)分析PKiKP 和PKIKP的走時(shí)和振幅信息，研究了內核頂部100公里的速度和衰減各向異性以及它們之間的關(guān)系，以便理解內核的演化過(guò)程。

        圖一 （a）PKiKP和PKIKP的路徑圖。(b) 相似震中距，不同方向的PKP波形圖。(c)PKiKP-PKIKP走時(shí)殘差的分布圖。(d)PKIKP/PKiKP的振幅分布圖。

        可以看出（圖一），無(wú)論是PKiKP和PKIKP的走時(shí)還是振幅比，都清晰的顯示了以大約東經(jīng)180-190度為分界線(xiàn)，西太平洋走時(shí)快，振幅比小，而東太平洋走時(shí)慢，振幅比大的特征；此外，西/東太平洋也分別呈現了不明顯/明顯的各向異性的特征。通過(guò)分別在兩個(gè)區域反演它們的速度結構，并充分考慮了速度結構對衰減的影響（這一影響以往的研究往往忽略），本研究最后得到了具有明顯邊界的太平洋下方內核頂部的速度和衰減各向異性結果（圖二）。對于內核頂部結構，結果顯示：1）西太平洋無(wú)論是速度還是衰減，都沒(méi)有明顯的各向異性； 2）東太平洋的速度和衰減都呈現出很明顯的各向異性，其中速度的各向異性可達約3.3%， 而代表衰減的品質(zhì)因子（Q）沿不同方向從大約150變化到400； 3）對兩個(gè)區域，衰減和速度都顯示了很好的相關(guān)性，即高速度對應高衰減，速度各向異性對應衰減各向異性。

圖二 （左圖）東西太平洋下內核頂部的速度各向異性

（右圖）東西太平洋下內核的衰減各向異性特征

        顯然，以往的內核平移生長(cháng)模型和核幔邊界熱對流的不均勻性導致內核頂部不同區域的凝固或熔融模型， 都沒(méi)法解釋內核頂部的各向異性，以及速度和衰減的各向異性對應關(guān)系。本研究結果認為，內核頂部的區域性變化應該是受到了核幔邊界的不均勻熱流影響，熱流的方向可以引起內核晶體的定向排列，形成各向異性； 或者核幔邊界的晶體顆粒因為溫度不均勻的關(guān)系受到的應力不同， 其形變?yōu)槲诲e或蠕變模式，以致最后形成的晶體排列不同， 引發(fā)不同的速度和衰減各向異性。關(guān)于核幔邊界和內核頂部的相關(guān)性，以及其耦合過(guò)程，未來(lái)仍需全球精細內核結構模型以及動(dòng)力學(xué)模擬來(lái)進(jìn)行進(jìn)一步驗證。

        文章發(fā)表在Geophysical Research Letter 上：Qin, Jialing, X. Sun*, An, Fan, Variations of velocity and attenuation anisotropy structures in the uppermost inner core beneath the central Pacific region, Geophys. Res. Lett., 2019，doi:10.1029/2019GL084258