南極冰層之下隱藏著一個(gè)引力之謎：扣除地球自轉(zhuǎn)的影響后，地球上引力最弱的區(qū)域位于南極洲下方，科學(xué)家稱之為“重力洼地”。

但這并非是因?yàn)橐οВ且驗(yàn)樗囊γ黠@低于模型預(yù)測(cè)值（該區(qū)域的大地水準(zhǔn)面，比理想自轉(zhuǎn)地球的參考面低了數(shù)十米）。

一項(xiàng)發(fā)表（2025年12月）于《科學(xué)報(bào)告》的研究表明：這種異常無(wú)法用南極冰蓋、地殼厚度等表層因素完全解釋，它的根源藏在地表以下數(shù)千公里的地幔深處，更有意思的是，重力洼地增強(qiáng)的時(shí)間段與南極洲的重大氣候變化（包括大范圍冰川作用的開始）重疊。

于是這也引發(fā)了一個(gè)有趣的問(wèn)題：南極大范圍冰川的開始是否與重力洼地的變化存在聯(lián)系？

這項(xiàng)新研究由佛羅里達(dá)大學(xué)的地球物理學(xué)家亞歷山德羅·福特和巴黎地球物理研究所的彼得·格利索維奇領(lǐng)導(dǎo)。

他們首次完整重建了，這個(gè)重力洼地過(guò)去7000萬(wàn)年的演化歷程，解開了它的成因之謎。

要窺探地球深部的秘密，研究團(tuán)隊(duì)用了一套精準(zhǔn)的組合方法：首先利用全球地震臺(tái)網(wǎng)記錄的地震波數(shù)據(jù)——地震波在不同密度、溫度的巖石中傳播速度不同，如同給地球內(nèi)部做三維“透視”，構(gòu)建出從地表到2900公里深核幔邊界的地幔密度結(jié)構(gòu)模型。

在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)采用自主研發(fā)的“來(lái)回迭代微調(diào)”時(shí)間反演地幔對(duì)流模擬技術(shù)，把地幔的演化時(shí)鐘回?fù)艿?000萬(wàn)年前的恐龍滅絕前夕，再通過(guò)正向模擬驗(yàn)證，確保整個(gè)演化過(guò)程與如今觀測(cè)到的重力場(chǎng)、地幔結(jié)構(gòu)高度吻合，單步模擬誤差控制在2%以內(nèi)。

模擬結(jié)果顯示：這個(gè)南極重力洼地已穩(wěn)定存在至少7000萬(wàn)年，但它的形態(tài)和成因在5000萬(wàn)到3000萬(wàn)年前發(fā)生了顛覆性轉(zhuǎn)變。

新生代早期，全球最深的重力洼地還位于南大西洋區(qū)域，當(dāng)時(shí)的南極重力洼地主要靠下地幔底部（1800公里以下）的高密度異常支撐，這些高密度物質(zhì)是遠(yuǎn)古時(shí)期俯沖到地幔深處的大洋板塊殘骸，冰冷致密的它們下沉到核幔邊界后，長(zhǎng)期穩(wěn)定地影響著地表重力場(chǎng)。

而在5000萬(wàn)到3000萬(wàn)年前，這個(gè)洼地快速向南極羅斯海區(qū)域遷移，幅度也顯著增強(qiáng)，過(guò)去3500萬(wàn)年間，它的幅度更是提升了30%。

這次轉(zhuǎn)變的核心驅(qū)動(dòng)力是來(lái)自地幔最底部的熱物質(zhì)上涌，一團(tuán)源自核幔邊界D''層的低密度熱地幔物質(zhì)持續(xù)向上爬升，在過(guò)去4000萬(wàn)年間逐漸抵達(dá)1300公里以上的上地幔區(qū)域。

說(shuō)到這里，或許很多人會(huì)疑惑：熱的輕物質(zhì)上涌，為何會(huì)讓重力變?nèi)酰?/p>

這和地球重力場(chǎng)的深度響應(yīng)規(guī)律有關(guān)：在300-1300公里的地幔深度范圍，低密度熱異常反而會(huì)在地表形成負(fù)重力異常——就像地下埋了一大團(tuán)泡沫，它對(duì)地表的引力拉動(dòng)遠(yuǎn)弱于周圍致密的冷巖石，最終疊加形成了這片持續(xù)增強(qiáng)的重力洼地。

如今，這股上地幔的熱浮力已貢獻(xiàn)了該洼地總幅度的40%。

更值得關(guān)注的是，這個(gè)重力洼地快速增強(qiáng)的時(shí)間窗口，恰好和地球歷史上兩個(gè)關(guān)鍵事件完美重合：其一，是地球自轉(zhuǎn)軸約5000萬(wàn)年前發(fā)生的突發(fā)性橫向偏移，這一古地磁記錄的獨(dú)立證據(jù)，也驗(yàn)證了研究模型的可靠性；其二，是約3400萬(wàn)年前，南極大陸開始進(jìn)入大規(guī)模冰川作用時(shí)期，從溫暖的無(wú)冰大陸逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿缃癖粩?shù)公里厚冰蓋覆蓋的冰雪世界。

不過(guò)研究團(tuán)隊(duì)并未斷言兩者存在直接因果關(guān)系。

但提出了極具探索價(jià)值的假說(shuō)：重力場(chǎng)的變化會(huì)直接影響海平面形態(tài)——海面會(huì)嚴(yán)格貼合大地水準(zhǔn)面，重力弱的區(qū)域海面會(huì)相對(duì)更低；南極周圍的重力場(chǎng)變化，可能改變了區(qū)域相對(duì)海平面和海洋環(huán)流模式，甚至影響了南極冰蓋的成核與穩(wěn)定；除此之外，地幔熱上涌帶來(lái)的地表隆升，也可能改變了南極大陸的地形，間接影響了冰蓋的擴(kuò)張。

這項(xiàng)研究打破了我們對(duì)重力的固有認(rèn)知：它并非一成不變的常量，而是地球深部動(dòng)力學(xué)過(guò)程在地表的直觀投影。

我們總習(xí)慣把氣候、冰蓋、海平面的變化歸因?yàn)榇髿夂秃Ｑ筮^(guò)程，卻常常忽略了腳下那片以每年幾厘米速度緩慢流動(dòng)的地幔——這個(gè)以百萬(wàn)年為時(shí)間尺度的緩慢系統(tǒng)，正在悄無(wú)聲息地塑造著地表的一切。

這個(gè)南極重力洼地，就像地球內(nèi)部留給我們的一本演化日記，記錄了7000萬(wàn)年來(lái)板塊俯沖、地幔對(duì)流的痕跡，也藏著地球深部與表層氣候系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的秘密。