GPS、雷達和激光掃描等表面測繪技術長期以來一直用于測量地球表面的特征。現(xiàn)在，德克薩斯大學奧斯汀分校開發(fā)的一種新型計算技術讓科學家能夠利用這些技術來觀察地球內(nèi)部。
研究人員將這項新技術稱為“變形成像”，它提供的結(jié)果與成像相當，但提供了有關地球地殼和地幔硬度的直接信息。西蒙·皮埃爾 (Simone Puel) 說，這一特性對于了解和其他大規(guī)模地質(zhì)過程的工作原理至關重要。他在德克薩斯大學杰克遜分校地球科學學院讀研究生期間，為德克薩斯大學地球物理研究所的一個研究項目開發(fā)了這種方法。
“材料特性(如剛度)對于理解俯沖帶或整個科學中發(fā)生的不同過程至關重要，”Puel 說道。“當與、電磁或重力等其他技術相結(jié)合時，應該能夠以前所未有的方式實際生成更全面的力學模型。”
普埃爾現(xiàn)在是加州理工學院的博士后學者，他在今年早些時候發(fā)表了他的方法背后的理論。6月份發(fā)表在《科學進展》雜志上的一項最新研究展示了該方法的實際應用。它利用 2011 年日本東北期間記錄的 GPS 數(shù)據(jù)對地下約 100 公里處進行成像。
該圖像揭示了環(huán)太平洋火山帶部分下方的板塊和火山系統(tǒng)，其中包括一個低硬度區(qū)域，據(jù)信該區(qū)域是該系統(tǒng)的深層巖漿庫——這是首次僅使用表面信息探測到這樣的巖漿庫。
該方法依賴于這樣一個事實：地殼是由具有不同彈性特性的巖石材料組成的大雜燴。有些部分更柔韌，而其他部分則更堅硬。這導致地殼收縮和膨脹不均勻。例如，在期間，地球的振動方式反映了它的組成成分，使地表以明顯的方式變形。
為了將這種不均勻的變形轉(zhuǎn)化為地下圖像，研究人員構(gòu)建了一個計算機模型，將地球視為一種簡化的彈性材料，同時允許其彈性強度在三維空間中變化。然后，該模型根據(jù)期間 GPS 傳感器相對于彼此的移動量計算地下剛度。結(jié)果是基于地表變化的地球內(nèi)部 3D 圖片。
新方法的一個優(yōu)點是它可以利用衛(wèi)星的測量數(shù)據(jù)。這些衛(wèi)星包括美國宇航局即將發(fā)射的 NISAR 航天器，這是與印度空間研究組織的聯(lián)合任務，每 12 天將以非常高的分辨率繪制整個地球的地圖。
這項研究的共同作者、杰克遜學院的教授托爾斯滕·貝克爾表示，利用這項新技術，NISAR 可以為世界上一些地質(zhì)最危險的地區(qū)提供重要見解。通過連續(xù)繪制地球表面地圖，該衛(wèi)星將使科學家能夠跟蹤斷層在周期中的結(jié)構(gòu)變化。
論文合著者、田納西大學沃克分校機械工程系和田納西大學奧登分校計算工程與科學研究所教授奧馬爾·加塔斯表示，新方法可能是構(gòu)建地球數(shù)字孿生的重要一步。這些復雜的計算機模型通過確定在哪里進行新的觀察，然后吸收新的數(shù)據(jù)，不斷自我改進。
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