Science Daily — 一群來自麻省理工學院（MIT）及普渡大學（Purdue）的科學家們在 30 日發行的《自然》期刊上揭露了來自地球內部 ─ 地函（Earth's internal）結構 ─ 之最新且是最高解析度的圖片。
圖1. Seismic waves from earthquakes penetrate the Earth's mantle and scatter back at the core-mantle boundary to detectors on the surface. Nearly 100,000 such recordings are used to illuminate the planet's deep internal structures. Image courtesy / Robert van der Hilst, MIT.（圖片來源：http://web.mit.edu/newsoffice/2007/mantle-graphic.jpg）
為了探勘一些近地處的石油或天然氣，研究人員發展了一套技術來描繪出地函與核心交界處的影像，就在北美大陸中心，深 2900 公里（或 1800 哩）處。
「這項工作最特別的地方不是指它的深度，而是其解析度及橫向尺度。」說這句話的是本篇論文的主要作者 Rob van der Hilst，他同時也是地球、大氣及行星科學（EAPS）以及 MIT 地球資源實驗室的教授。「這項研究可能會開啟地震學領域中的嶄新一頁，同時對於其他地球深層科學的影響也是相當深遠。此外，我們所使用新的專門技術也許可以促進我們在一些具有複雜地質結構處去發現石油的存在，比如說墨西哥灣鹽層。」
圖2. 墨西哥灣 3D 描繪圖。（圖片來源：http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/92/GulfofMexico3D.png/300px-GulfofMexico3D.png）
這項技術有點像是醫學當中的超音波造影或是 CAT 掃瞄，它可以提供地球核心及地函交界處影像及其細節。這些影像大幅地提高了科學家們去瞭解地球內部的熱量是如何傳遞到地表。同時也提供了在這個地心巨大熱能引擎內部有關熱量的產生、熱能的傳導以及冷卻是如何形成一個循環的細節。
圖3. 地函的熱迴流系統驅動各大陸間的位移。（圖片來源：http://www.platetectonics.com/book/images/Convection.gif）
地球的最外圍是由岩石所組成的地殼，大約有 40 公里深，接著是主成分為鐵、鎂之矽酸鹽的外地函與內地函，最後是液體的外層地核以及故態的內核心。
圖4. Beneath Earth's solid crust are the mantle, the outer core, and the inner core. Scientists learn about the inside of Earth by studying how waves from earthquakes travel through the planet. Image credit: World Book illustration by Raymond Perlman and Steven Brayfield, Artisan-Chicago.（圖片來源：NASA：http://www.nasa.gov/worldbook/earth_worldbook.html）
長期以來，科學家們總是認為地函的組成是相對單調。但是越來越多的細節均顯示出地函的組成遠比我們想像的還複雜。Van der Hilst 說：「我相信地球總是處處給我們驚喜，這些新的呈像技術以及數據，讓我們觸及了這些近代數據所產生的可能性的表面。」
Reflecting waves（反射波）
當大地震敲極了地球的核心與地函交界處時，會產生深沈的波動傳遞，且這個波會反彈回地球的表面 ─ 就像照鏡子一樣。
圖5. Propagation of seismic shear waves in Earth's mantle from a deep earthquake (red star at lower left). Part of a computer animation done with the summation of Earth's normal modes of oscillation (Image by M. E. Wysession and G. Caras). For access to digital animations of seismic wave propagation, and information on how to request VHS versions, go to Shear Wave Propagation Animations.（圖片來源：http://epsc.wustl.edu/seismology/michael/web/research.html）
敲打著地底結構的每一個波都可以激發出一個微弱的訊號。「只要獲得足夠的數據，我們就可以去偵測及判讀這些訊號。」van der Hilst 這樣說到。利用超過 1000 次的地震觀察，我們可以從這些數以千計的地震記錄當中獲得許多數據，使一批由 van der Hilst 所領軍的團隊描繪出地球深處的詳細結構。這個紀律嚴謹的研究團隊涵蓋有各個領域的科學家，包含有地震學、數學、統計學、礦物物理學等等，分別由伊利諾大學、科羅拉多大學以及 MIT 和普渡大學所共同組成的。
這個呈像技術的引進不過是最近 20 年左右的事情，不過卻已成為了尋找天然氣或石油的重要工具。在此期間，過去十年來，世界各地早已裝設了數量極其龐大的地震儀，擔負著研究地球內部以及研究地震的使命。「現在，透過這項拜石油工業發展所賜的技術，使得建立更大的地震資料庫變得可能。」van der Hilst 說到。
圖6. Florida-to-Edmonton (FLED) IRIS PASSCAL Seismic Array.（圖片來源：http://epsc.wustl.edu/seismology/michael/web/research.html）
MIT 的研究生 Ping Wang 從事這個研究工作已經不少年了，他將高解析度的呈像工作變得可能，同時他也與 EAPS 的礦物物理學家 Dan Shim 一起合作，使這個研究小組能描繪出地球表面下 3000 公里深處的溫度及熱流性，值得一提的是，他們使用一種名為「地震熱導儀（seismothermometer）」的儀器才得以測到最大深度的地底溫度。
從來沒有人觀測到位於外核心的液態鐵會與地函中的矽岩石攪動在一起，研究人員估計那裡的溫度已達到白熾的攝氏 3700 度高溫。
目前在北美的中部地區已經測得豐富的數據可以應用，研究人員他們首次將這個工具應用在這片區域上，同時繪製出地底下幾百萬平方公里的地圖。他們希望可以將這樣的技術應用到全球，同時能夠更進一步的去探查地球中心遙遠地近核心處（inner core）的邊界影像。
圖7. Professor Robert van der Hilst, left, and graduate student Ping Wang of the MIT Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences, are adapting technology developed for near-surface exploration of hydrocarbon reservoirs to image the core-mantle boundary deep beneath Central and North America. Photo / Donna Coveney
This work was supported by the National Science Foundation.
Note: This story has been adapted from a news release issued by Massachusetts Institute of Technology.
原始報導：
1. http://www.sciencedaily.com/releases/2007/04/070406171041.htm
2. MIT NEWS：http://web.mit.edu/newsoffice/2007/mantle.html
原始論文：
"Seismostratigraphy and Thermal Structure of Earth's Core-Mantle Boundary Region", Science 30 March 2007: 1813-1817.
論文摘要：
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/315/5820/1813
延伸閱讀：
1. http://epsc.wustl.edu/seismology/michael/web/research.html
2. Wiki 百科：Earth's mantle：http://en.wikipedia.org/wiki/Mantle_(geology)