南极洲重力异常之谜：追溯地球深处的七千万年演化

南极洲上空的重力场为何比地球其他地区略微偏弱？这一显著的“重力低”现象是如何在地质历史中形成并逐渐加强的？最近发表在《科学报告》上的一项开放获取研究，通过深入分析地球内部动力学，给出了清晰的解答。

该研究由巴黎地球物理研究所（IPGP）主导，并获得了法国国家研究署（ANR）资助的“让我们的星球再次伟大”计划的支持。研究团队通过结合地震层析成像技术与地球物理模拟，重构了近七千万年以来地球深部的演化过程，揭示了南极重力异常的形成机制。

重力低的本质与研究方法
南极洲的“重力低”并非地表可见的凹陷，而是由于地下物质质量分布不均导致的重力场局部减弱。这种异常源于地幔深处物质密度的区域性亏损。为了追溯其起源，研究团队运用了地震层析成像技术——类似医学CT扫描，但利用地震波代替X射线探测地球内部结构——并结合了模拟地幔缓慢流动的物理动力学模型。这些方法的结合，使科学家能够动态重现南极洲下方地幔对流的历史演变。

深部动力学的关键转折
研究显示，在约5000万至3000万年前之间，南极洲下方的地幔动力学发生了重要转变。在此之前，重力低主要受太平洋与南大西洋边缘冷而致密的地幔物质下沉所驱动。随着时间推移，另一种机制开始发挥作用：在罗斯海下方，一个规模巨大、炽热且密度较低的地幔上升流自深处持续涌升，其影响范围可达数千公里。这一缓慢但稳定的上升过程，逐渐改变了大陆下方的物质分布格局。

重力异常的形成与强化
冷物质持续沿大陆边缘下沉，与大陆中心下方热物质不断上升，这两种长期作用的结合，显著加剧了南极洲下方的质量亏损。随着时间的推移，重力低逐渐稳定于当前位置，并演化至今日观测到的显著强度，使其成为全球最显著的大陆重力异常区。

深部过程与地表现象的关联
这一深部地幔演变的关键阶段，与约5000万年前地球自转轴发生的一次小幅但明确的偏移（即“真极移”）在时间上高度吻合。该研究首次将深部地幔对流、地表重力场的宏观变化以及地球自转行为的全球性调整直接联系起来，揭示了地球各圈层之间复杂的相互作用。

对地球科学认知的革新意义
通过重现南极重力异常区数千万年的演化历程，这项研究提供了关于地幔对流、重力场变化与地球自转三者关联的整体性视角。它突出表明，那些在人类时间尺度上难以察觉的缓慢地质过程，如何在地表留下可测量的痕迹，甚至影响地球的自转状态与空间指向。

国际合作与机构支持
此项研究得到了“让我们的星球再次伟大”计划的重点支持，体现了法国及巴黎地球物理研究所在与国际伙伴协作推动基础地球系统研究方面的坚定承诺。该成果不仅深化了对南极重力异常的理解，也为进一步探索地球内部动力学与地表现象之间的关联奠定了重要基础。