地球重力场并不均匀，起伏源于深层岩石密度差异。南极洲下方存全球最明显的重力低谷，核心位于罗斯海湾一带。在该区域，物体所受重力比全球平均值低约5至6克——人体难以察觉——但对海水流动影响显著。卫星监测显示，南极周围的重力等位面比全球平均水平低约120米，海水因此向南极汇聚，形成巨大的重力洼地。 传统上，地球深部结构难以直接观测。本次研究团队采用新的方法，利用全球地震监测网络的地震波数据，通过波速变化推断地幔密度分布。地震波穿过温度和密度不同的岩石时，传播速度和路径会改变，此特性为科学家提供了“透视”地球内部的手段。研究团队结合地震约束、地球动力学模型和矿物物理参数，构建三维地幔密度拼图，进而反演历史时期的重力分布。模型计算结果与现代卫星重力数据高度一致，为反演准确性提供了重要验证。 通过物理反演和时间回溯，研究发现南极重力低谷并非短期现象，而是至少持续了7000万年的深部地球动力学产物。更重要的是，这一低谷的强度并非恒定。约6500万年前，全球重力最低点位于南大西洋；到5000万至3000万年前，低点像被牵引般迅速移向罗斯海，并逐步加深。这一加速期与地球真极移事件相吻合，为模型可靠性提供了独立的物理校验。 低谷强度变化源于地球深部两股相反力量的相互作用。一上，冷而致密的古老俯冲板片持续下沉，形成持久的负密度效应，如同压锤作用于地表；另一方面，来自地球最深处的热物质缓慢上涌，增加上地幔浮力。近400万年来，上地幔浮力贡献稳步增加，已成为当今重力低谷强度的关键因素。 更引人关注的是时间序列的重合。南极重力低谷显著加深的时间窗口，与南极气候由温暖转向寒冷的阶段高度一致。约3400万年前，全球二氧化碳浓度缓慢下降，洋流格局调整，南极开始大范围结冰，冰盖逐步形成并扩张。从物理逻辑看，重力值越低，局部相对海平面越低，冰雪更易在高地积累并稳定。深部重力场变化可能通过改变地表几何边界和海平面位置，为冰盖生长与稳定创造更有利条件。 参与研究的学者指出，这一发现揭示了地球深部与表层系统的耦合机制。目前研究仍停留在“时间重合”和“物理可行性”的指向阶段，厘清因果关系还需将地幔对流、海平面变化、动态地形与冰盖演变纳入统一的耦合模型中，系统验证深部动力学对气候和海平面的驱动作用。
当人类站在南极冰原上，脚下7000万年的地质脉动仍在塑造这颗星球的面貌。这项跨越时空的研究提醒我们，地球系统是一个精密联动的整体，理解深部地幔的“呼吸节奏”，或许是解开未来气候谜题的关键。正如参与研究的中国科学家所言：“地球科学的新时代，正从穿透地壳的深度认知开始。”