多年來，研究人員一直對隱藏在地球深處的兩個巨大特徵感到困惑。它們的大小、形狀和行為是如此極端，以至於關於行星形成和演化的傳統觀念很難解釋。
最近的研究 自然地質學該項目由羅格斯大學地質學家宮崎義典 (Yoshinori Miyazaki) 及其合作者團隊領導。它提供了一種新的解釋，可能最終揭示這些結構的起源。它與地球的長期宜居性有何關係？
這些特徵被稱為大的低剪切速度區和超低速度區。它位於地幔和地核之間的邊界處，距離地表以下近 1,800 英里。低剪切速度的大區域是大塊極熱、緻密的岩石。一個在非洲下面，另一個在太平洋下面。超低速區的特點是有一層薄薄的、部分熔化的層以水坑狀的形式附著在核心上。兩種地震波都非常慢。這表明它們是由與周圍地幔不相似的材料或條件組成的。
羅格斯大學藝術與科學學院地質與行星科學系助理教授宮崎表示：“這些現象並非偶然。” “它們是地球最早歷史的指紋。如果我們能夠理解它們為何存在，我們就能理解我們的星球是如何形成的。為什麼它會成為人類居住的地方？”
來自地球過去岩漿海洋的線索
正如宮崎駿所說，世界曾經被包裹在熔岩的全球海洋中。隨著古代岩漿海洋的冷卻，許多科學家預計地幔將演化成不同的化學層。這類似於冷凍水分離成含糖濃縮物和水冰的方式。然而，地震觀測揭示了這種不明確的地層。相反，大面積的低剪切速度和超低速度區域在地幔底部以復雜、不規則的樁體形式出現。
“這場衝突是起點，”宮崎駿說。 “如果我們從岩漿海洋開始進行計算，我們將無法得到目前在地殼中看到的東西。缺少了一些東西。”
洩漏的核心材料和消失已久的岩漿層
研究小組認為，缺失的因素是核心本身。模型表明，數十億年來，矽和鎂等元素逐漸從地核逃逸到地幔中。這種混合可以防止形成刺激性化學層。這也可以解釋大的低剪切速度區和超低速度區的不尋常組成。科學家將其解釋為“基底岩漿海洋”的冷卻遺跡，被來自核心的物質改變。
宮崎駿表示：“我們認為，它可能來自於核心洩漏的物質。” “如果添加主要元素，它可以解釋我們現在所看到的情況。”
地球深部過程如何塑造行星的宜居性？
宮崎指出，其影響超出了礦物化學的範疇。地幔和地核之間的相互作用會影響地球釋放熱量的方式。火山反應發生了。甚至大氣層也會隨著時間的推移而變化。這種觀點可能有助於解釋為什麼地球最終會出現海洋和生命。雖然金星非常熱。而火星又冷又貧瘠。
“地球有水、生命和相對穩定的大氣層，”宮崎駿說。 “金星的大氣層比地球厚 100 倍，主要成分是二氧化碳。而火星的大氣層非常稀薄。我們不明白為什麼會這樣。但是行星內部會發生什麼？它是如何冷卻的？它的各層是如何形成的？這可能是答案的重要部分。”
理解地球內部的新框架。
該團隊匯集了地震觀測、礦物物理學和地球動力學模擬。研究小組將大範圍的低剪切速度省和超低速度區視為地球形成的重要記錄。研究還表明，這些微妙的特徵可能有助於為夏威夷和冰島等火山熱點地區提供燃料。這在地球內部和表面之間建立了直接聯繫。
“這項工作是行星科學、地球動力學和礦物物理學交叉的一個很好的例子。它如何幫助我們解決世界上一些最古老的謎團？”普林斯頓大學的鄧嘉說。共同研究員說道。人們認為深部地幔仍然攜帶著地核和地幔之間早期相互作用的化學記憶。它開闢了一種了解地球獨特演化的新方法。 ”
研究人員指出，每一個新的見解都讓他們更接近重建地球最早的篇章。曾經看似孤立的一些證據現在可以融入一個更加連貫的故事中。
“雖然線索很少，但我們開始創造一個有意義的故事，”宮崎駿說。 “這項研究讓我們對地球如何演化有了更多的確定性。為什麼它如此特別？”
