几十年来，无论是地理教材还是科研论文，都反复提到一个结论：印度洋上空存在地球最深的重力低压区之一。在标准的大地水准面地图上，这片热带海域呈现出明显的“蓝色凹陷”，象征着引力场中的低值区域。很多人以为，这就是地球重力异常的“终极答案”。但如果把问题问得更细一点——究竟哪一处才是最强的非静水大地水准面低洼？答案其实在南极。
真正的“重量级”异常位于罗斯海一带，夹在维多利亚地和玛丽·伯德地之间。最新研究显示，这个庞大的地球物理特征至少可以追溯到7000万年前，其形成与来自地球深处的地幔运动密切相关。换句话说，在恐龙灭绝之前，地球内部的炽热岩石流动就已经开始塑造今天冰封的南极大陆。
造成混淆的关键在于测量方式。标准大地水准面图展示的是相对于一个理想化、平滑旋转地球的整体重力场分布，其中包含了地球自转产生的“静水”效应。如果把这部分由自转引起的影响扣除，只留下“非静水信号”，结果就截然不同——南极罗斯海附近的低洼成为地球上最强的异常之一。
研究这一现象的科学家彼得·格利绍维奇和亚历山德罗·M·福尔特，借助数值模型对地幔流动进行反演重建，将时间轴一路追溯到新生代初期，也就是过去约6600万年。他们的成果发表于Scientific Reports。研究中使用了一种“前后推进”的建模技术，通过当前地幔结构推算过去的流动状态，从而重现地下岩石在漫长地质时间中的迁移轨迹。
模型显示，这一南极大地水准面低压并非始终固定在当前位置。大约6500万年前，新生代刚刚开始时，最强的异常位于南大西洋上空。随后，在4000万至3000万年前之间，这一低压区迅速向东南方向移动，最终落在如今罗斯海上方的位置。此后约3500万年至今，这个异常区的强度又增强了约30%。
是什么驱动了这次大规模迁移？答案埋藏在地球深处。西南南极边缘之下，远古海洋板块在俯冲过程中沉入地幔，形成冷而密集的板片。这些板片不断下沉，最终抵达接近地核的位置，构成强大的“下沉流”。部分板片残余如今已经堆积在地核—地幔边界附近，距离地表超过1800英里。
但仅有冷板片下沉并不足以解释全部现象。模型还揭示，在同一地区下方，存在来自地幔最深处的广泛热岩石上升流。这些高温物质自地核附近缓慢上涌，正位于大地水准面低压之下。研究认为，这股上升流在整个新生代期间都持续活跃，甚至可能在更早的中生代就已启动，当时恐龙仍然统治陆地。
过去的研究多将南极重力低压主要归因于冷板片的下拉效应，还有人提出浅层地幔中受水合影响的浮力也可能发挥作用。然而格利绍维奇与福尔特的重建结果显示，真正的主导力量来自更深层——尤其是地幔底部的Dʺ层，即地核与地幔交界上方的特殊区域。来自这一深层的热物质为异常提供了长期、稳定的驱动力。
在最初的约3500万年间，不同深度地幔物质的贡献此消彼长，使得异常强度波动。深地幔物质始终提供30%至50%的基础影响。但约3500万年前，平衡发生转变：中层地幔的作用减弱，而浅层热岩石的影响增强。如今，这部分较浅的热物质已贡献约40%的异常强度。
值得注意的是，在过去3500万年中，深部热岩石逐渐向上移动，使得南极重力低压不仅没有减弱，反而增强了约30%。这看似反直觉，却反映了质量分布与浮力之间复杂的物理博弈。当热物质靠近地表时，其对重力场的影响方式与冷板片截然不同，从而强化了非静水异常。
为了验证模型的可信度，研究团队还考察了地球自转轴的历史变化。当行星内部的大规模物质重新分布时，会改变地球的转动惯量，导致自转轴发生偏移，这种现象被称为“真正极移”。模型预测在约5000万年前出现一次轴线急转弯。研究者将这一预测与古地磁记录进行比对，发现时间和轨迹特征高度吻合。
重建结果也与地表地质证据相互呼应。大约6500万年前，模型中的下沉流系统从南大西洋延伸至韦德尔海边缘，与南斯科舍脊一带当时的火山活动相符。后来大地水准面低压发生重大变化的时间，恰好对应5800万至5000万年前澳大利亚与南极洲最终分离、东南印度洋中脊海底扩张加速的时期。
这些深层动力学过程，或许还能解释南极部分地区为何拥有异常高的地形。西南极高地以及东南极洲的甘布尔采夫冰下山脉，恰好位于深地幔上升流之上。研究推测，来自深部的浮力可能推动了岩石圈拉伸与变薄，支撑了这些高地貌的形成。
此外，4000万至3000万年前的关键转折还引出一个更宏观的问题。南极冰盖大约在3400万年前开始形成，将一个相对温和的大陆转变为冰封世界。大地水准面变化能够改变海洋表面与固体地球之间的高度关系，从而影响相对海平面。时间上的重叠令人遐想，但研究者也强调，要确认地幔驱动的重力变化是否直接影响了冰盖形成，还需要将地幔流动、大地水准面变化与海平面物理机制整合进更复杂的模型中。
总体来看，南极这一巨大的大地水准面低压，是冷板片向下沉降与深部热岩石上涌两种相反力量共同作用的结果。这一过程至少持续了7000万年。它不仅记录了地球内部缓慢却剧烈的动力学，也提醒我们：在看似静止的冰原之下，地幔仍在以人类难以想象的尺度和时间节奏流动，持续塑造着地表世界。
本文译自：studyfinds，由olaola编辑发布
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