地球深处的巨型结构
科学家在很早以前就认为, 月球 大约在45亿年前由一颗名为「 忒伊亚 」的原行星撞击而来。
这是科学家假设的太阳系早期的一颗古老行星,主要依据来自巨大撞击假设。
根据该 巨型撞击假说 ,忒伊亚围绕太阳运行,几乎沿着原地球的轨道运行。
靠近日地系统两个更稳定的拉格朗日点其中的一个。
不过忒伊亚最后因金星与木星之间的引力影响,最终忒伊亚偏离了自身的轨道,最终导致忒伊亚撞向了地球。
计算机模拟表明,忒伊亚以大约45度角撞击地球,并且撞击时的速度不超过每秒4公里。
另外在撞击的过程中,猛烈的能量使得地球井喷式的喷出 大量原始地球以及忒伊亚的碎片 。
最终这些碎片在引力的作用下成为了月球,又或者成为两个卫星,最终成为月球。
该假说除了解释为什么地球会有月球这么大的卫星外, 忒伊亚假说 还可以解释为什么地球的核心要比科学家预想中的要大。
很大程度上是因为在撞击的时候,忒伊亚的地核和地幔与地球的地核及地幔结合在了一起。
如今科学家提出了 另一种新的关于地球形成过程中的变化 。
并且可以通过该假设寻找到深埋于地幔之下的 两个巨型结构 , 大型低切变速度区 ( LLSVP ) 。
从发现之初到现在,几十年来地震学家一直对两个巨型结构感到困惑。
从整体来看,它们就像一副假设在地幔深处的耳机一般。
一个位于 西非大陆板块下方 ,一个位于 太平洋下方深处 。
大型低切变速度区 是科学家在全地幔剪切速度的 地震层析模型中 发现的。
这些特征边界在各个模型的K均值聚类中显得相当一致。
另外在全局球谐函数二次结构中很强,并且与两个LLSVP的最小惯性矩对齐。
这说明,通过食用剪切波速度,不仅 验证了LLSVP的既定位置 ,而且出现了稳定的地幔对流模式。
这种稳定的配置负责地表板块运动的几何形状,以及地幔对流。
在 二级结构中 ,核心-地慢边界正上方大约200公里厚的下地幔层中,LLSVP位于赤道附近,但主要位于南半球。
地震波分析讨论可能假设
地震层析成像显示,非洲和太平洋地区的两个LLSVP地区都从侧面 横向延伸数千公里 ,并可能垂直延伸1000公里。
在核心-地幔边界位置,太平洋LLSVP的特定尺寸在3000公里,比周围的海床还要高上300米,且位于四个热点上方。
这表明下方 有多个地幔柱 ,这些区域约占地幔体积的8%,并在地球整体比重中达到6%。
关于它的出现,一个比较合理的假设来自俯冲的大洋板块堆积。
科学家通过对地球历史上堆积的俯冲洋壳,以及海洋玄武岩的岩石学和地球化学研究中得到了相关假设依据。
太洋玄武岩的化学分析表明 ,地幔成分异质性是板块构造的结果。
全球大洋玄武岩的数据分析
大洋玄武岩是整个结构变化的一个重要因素,但 在相关研究中 ,科学家发现地球本身并不具备太多大洋玄武岩的元素。
通过对地震信号的分析,科学家推测在太平洋地区的俯冲板块在地幔内部活动后,高温让其发生了相变。
从而产生了板坯,最终形成了一个致密的重熔体。
在 超羽流的模型分析中 ,通过添加真实板块运动数据,相关材料便会被带进LLSVP的活动位置,并且这部分与板块起源中的已知俯冲带形成对应关系。
超羽流的模型显示
地震研究表明 ,超羽流的分布通常与LLSVP有关,大多数检测到的超羽流模型似乎都聚集在LLSVP的内部和边界地带。
例如在太平洋地区北界的LLSVP,同一区域内人们发现到的板片在太平洋东界也有观察到。
巨型结构的完整展示
科学家认为这可能 与附近的活动俯冲有关 ,所有的结果表明都认为LLSVP与周围的地幔有着千丝万缕的联系。
在地震波的分析过程中,科学家通过大量的地震波记录与观察,并使用各种波形和技术。
从非洲LLSVP西北地区,一直到大西洋中部的东西长剖面中,探测到核心-地幔边界上方的不同速度结构。
非洲地区的板块图示
非洲西北边界的探测显示 ,该LLSVP厚度为 11~16千米 ,跨越非洲LLSVP西北边界的不同结构的过渡表明,板片和LLSVP材料与周围地幔有着相互作用。
这可能会改变核心-地幔边界上方的热状态和成分,并导致不同结构。
总的来讲,这些数据探测和相关推测都展现出这两个巨型结构的特别之处 。
在地球动力学中,地幔对流的模型演示表明, LLSVP会在运动过程中卷起成山脊或者成堆隆起 。
正如前面提到该建模在加入真实的板块运动之后,几者之间的表现和交互过程都表明巨型结构的位置正确性。
LSSVP横向结构的变化曲线
另外它也解释了为什么长期以来人类都没有发现它的存在。
因为整个过程发生的十分平缓,并且有着超羽流的帮助。
LLSVP的活动需要一定热量维持,如果热量消减,那么活动则会减弱 。
大型结构的可能性
目前的 初步分析还不能完全揭示整个缓冲区的作用 ,另外LLSVP的结构和表现还需要通过进一步分析才能获得全貌。
不少地震学家认为,它们可能是 从原始地球岩浆海洋的深处结晶得来的 ,或者说它们是原始地幔岩石的水坑。
原始地球与现代地球的对比
尽管遭受了 月球的撞击 ,它们仍然保留了下来。不过新的同位素和相关模型显示,LLSVP或许时外星球撞击导致。
如果可能的话,这种巨型结构因天体撞击由此带来生物大灭绝,并在地球内部保留了这种结构。
冰岛和萨摩亚的勘测证据表明 ,自月球撞击以来,LLSVP就已经存在。
地震成像 追踪到了超羽流现象,超羽流活动又与火山活动离不开关系。
在过去几十年的研究中,科学家也陆续在其他岛上发现了带有放射性元素同位素的熔岩,而这些 放射性元素仅在1亿年前出现 。
地幔-核心边界的运动
很难说这两个大型结构会不会因超羽流的活动引起变化, 从而影响 核心-地幔边界 的运动。
如果是这样的话,地球板块活动也会跟着受到影响,大陆板块受到俯冲作用的效果可能会更强,由此可能会引发新的生物灭绝。
但现在来看,它还是好好地待在地幔深处,或许这就是一个已经 稳定了的地球内部结构 。
地月撞击学说表明,它的出现或许是月球在形成过程中带来的岩石碎片。
科学家对忒伊亚撞击的模拟
科学界如今也 没有放弃忒伊亚撞击学说的假设 ,在对月岩的研究中,科学家发现了氢与氘的比率。
月球样本中的轻氢含量远高于地球岩石中的含量,要想捕获并保留这么多的轻氢,那忒伊亚一定是一颗巨大且干燥的行星。
只有一个干燥、大型的原行星才可能分裂成具有贫铁核心和富铁地幔的地层。
最令人惊讶的是 ,科学家为了完成该假设模拟了忒伊亚的变化。 模型显示,忒伊亚的核心会与地球的核心的合并 。
地月系统的形成推演
但需要明白的是,两个不同的行星,其内部密度和大小是不一样的。
究竟是什么原因导致这两个行星能在后面的融合过程中保持一致,仍然需要科学家进一步分析观察。
各种疯狂的想法在科学家的脑海中出现,关于这种巨型结构的讨论仍在继续,不知道未来能否利用科学仪器进行深入调查。