地球物理观测揭示地幔中水的分布特征

近日，《国家科学评论》杂志刊发来自日本东北大学一篇文章《地球地幔中水的作用》。文章称，地幔中确实存在局部含水过渡带，由于重力不稳定性，水可以下降进入下地幔，在下地幔顶部产生异常的Q和Vs区域。该研究推测指出，地核—地幔边界环境下的地核与含水板块的作用是地幔异常的剪切波超低速区的可能原因。

水在地球内部的动力学中起着重要作用。它们降低了岩石的内摩擦，导致地震和断裂。还通过降低地幔中硅酸盐的熔化温度而产生岩浆。此外，水还可以软化岩石，增强地幔对流。但是，对于地幔中的水的分布及作用机制一直没有清晰解释。为此，来自日本东北大学的研究人员采用了地球物理的观测手段，将地震和电导率观测结果同矿物声速和电导率的实验矿物物理数据相结合，发现地幔中确实存在局部含水的过渡带。陆相和海洋沉积物成分以及玄武岩和橄榄岩成分可能在过渡带中运移和聚集。上地幔—过渡带边界的低速异常可能是由致密含水岩浆的存在引起的。由于过渡带矿物与下地幔的溶解度差异，下地幔上部存在流体或湿岩浆，可能导致异常Q区和横波区。δ-H固溶体AlO2H-MgSiO4H2是进入下地幔的水的主要载体，其将水带入了下地幔。（刘文浩）

德科学家借助人工智能预测闪电与雷暴

近日，德国萨尔大学的计算机科学家与德国气象局基于卫星图像和人工智能，合作开发能够更准确地预测局地雷暴的系统。相关文章《误差即未来：如何利用模式预测误差进行闪电预报》在美国计算机协会2019年SIGKDD会议上发表。

气象服务的核心任务之一是对危险天气状况作出预警，特别是雷暴天气，通常伴随着阵风、冰雹和强降雨。德国气象局使用NowcastMIX系统实现此目的，以5分钟的时间间隔监控遥感系统和观测网络，以便提前2小时作出雷暴、大雨和降雪预警。而NowcastMIX只能在已经发生强降水的情况下监测雷暴单体。因此，使用卫星数据来监测早期雷暴单体的形成，能够提前作出预警。该研究小组共同开发了一个系统，可以很快补充NowcastMIX预测雷暴。他们的项目是探索人工智能在预测天气和气候现象中适用性的第一步。

为了准确地预测特定区域内的雷暴，必须尽早和精确地检测气团的对流活动。新系统的亮点在于它只需要二维图像，即卫星图像来检测这些三维空气位移。仅基于卫星图像，未来15分钟内闪电的预测准确率为96%。如果预测窗口进一步打开，精度会降低，但未来5小时内闪电的预测准确率仍会保持在83%以上。研究人员指出，可以通过增加特征值来训练模型，显著减少误报。德国联邦运输部资助了该研究团队27万欧元用于进一步研究。（刘燕飞）

海底研究首次证实伊斯坦布尔地震风险

倒塌的房屋、破坏的港口设施和成千上万的受害者——1766年5月22日，一场大约7.5级的地震和随后的浪涌引发了伊斯坦布尔的灾难。此次地震的起源位于马尔马拉海的北安纳托利亚断层。

近日，德国亥姆霍兹海洋研究中心的研究人员以及法国和土耳其的同事对海底进行的首次直接测量证明，马尔马拉海下的北安纳托利亚断层的构造应变再次累积，已经相当大。GEOMAR的地球物理学家Dietrich Lange博士表示，触发另一场震级在7.1~7.4之间的地震已经足够。相关成果发表在《自然—通讯》上。

北安纳托利亚断层带标志着欧亚板块和安纳托利亚板块之间的边界。当断层带被锁定时会发生强烈地震。最近一次地震发生于1999年，位于伊斯坦布尔以东约90 公里的伊兹米特附近的北安纳托利亚断层的一段。沿着陆地断层带积累的构造应变已被用GPS或陆地测量方法定期监测了多年。由于GPS卫星信号在水下的穿透深度较低，因此这在海底断层带中不可行。而北安纳托利亚断层对伊斯坦布尔大都市区构成巨大威胁的部分位于马尔马拉海下。

到目前为止，只能使用陆地观测来推断板块边界是否在移动或锁定。然而，这些方法无法区分蠕动和构造板块的完全锁定。GEOMAR开发的新型GeoSEA系统可测量海床上的声学距离，现在科学家们首次以毫米精度直接测量地壳变形。在两年半的时间里，他们在断层两侧的水深800米处安装了10台测量仪器。在此期间，他们进行了超过65万次距离测量。（赵纪东）