地球深处的地震之谜暗示了月球的起源

非洲和太平洋中部的地底深处隐藏着许多地质谜团——地幔底部约 1,800 英里（2,890 公里）深。科学家通常利用地震产生的地震波来探究地球内部。但这些地方的地震波并没有什么特别的启发意义，因为地震波的速度会像被困在果冻里一样变慢。

这些区域可能宽达数百公里，被称为超低速区 (ULVZ)，到目前为止，它们的起源仍是个谜。但现在，一组地质学家有了一个想法。通过模拟这些神秘区域的形成，地质学家有证据表明，这些特征实际上是数十亿年前的古老物质斑块，多年来沉入地幔底部。

研究人员于 12 月 30 日在《自然地球物理学》杂志上发表了他们的研究成果。如果他们的模拟是正确的，那么 ULVZ 可以成为了解早期地球状况的窗口。

犹他大学地质学家、作者之一迈克尔·索恩 (Michael Thorne) 表示：“它们之所以一直让我感兴趣，是因为它们是地幔下层如此奇特的特征。”

多年来，科学家一直不确定超低密度区到底是什么，也不知道是什么造成了超低密度区。这些区域位于地幔底部，即地球外核的边缘。科学家知道这些区域的密度比周围的地幔高得多，但这只带来了更多问题，而不是答案。

索恩说：“我们可以在下地幔的许多不同位置看到这些特征，但我们仍然不知道有关它们的许多基本问题的答案。”据他说，我们不知道它们是由什么构成的，它们有多大，甚至不知道它们都位于哪里。

了解它们是如何形成的可以解答其中的一些问题。犹他州大学地球物理学家、另一位作者 Surya Pachhai 在一份声明中表示：“超低速区的物理特性与其起源有关。”

不幸的是，它们的起源和其他任何事物一样模糊不清。一些科学家认为超低真空区可能是火山热点的岩浆来源，因为它们位于太平洋夏威夷和萨摩亚的火山之下。但许多其他已知的超低真空区与火山并不对齐，所以这似乎没有什么意义。

大多数超低空区理论都假设它们是由某种材料的单层构成。但这还远不能确定，多层超低空区的特性会大不相同。

索恩、帕查伊和他们的同事们重点研究了超低密度区的一处区域：位于澳大利亚东北部珊瑚海深处，大堡礁就位于此地。这里是理想的地点，因为那里经常发生地震。这些地震会产生大量地震波，科学家可以利用这些地震波来观察地球内部。

但是，他们观察到的地震波特征，即使是在海洋最深处的数千英里以下，也只能提供模糊和不确定的超低速区图像，因此科学家们转向模拟。他们创建了包括超低速区在内的地球内部理论模型，并模拟了穿过这些模型的地震波，以确定这些波在虚拟地球上的观察者眼中是什么样子。他们在数十种条件下进行模拟，将结果与他们在珊瑚海下观察到的情况进行比较，以查看每个模型的匹配程度。

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“最引人注目的事情之一是 Surya 发现了 ULVZ 是分层的证据，”Thorne 说。

与他们的研究最吻合的情景是，超低空区不是单层，而是多层。帕查伊说，据他们所知，这是第一项显示这种证据的研究。

他们的模型还显示这些层并不均匀。它们的成分和结构存在很大不均匀性。研究人员认为，这些层一定是在地球历史早期形成的。

Pachhai 说道：“经过 45 亿年的地幔对流，它们仍然没有很好地混合。”

研究人员认为，这可能与地球年轻时的一场大灾变有关。45 亿年前，一颗被一些人称为“忒伊亚”的小行星与地球相撞——这次撞击可能激起了一大片碎屑，后来这些碎屑汇聚成了月球。

撞击产生的巨大能量会将地球的一大块剥离，留下一片混合熔岩的海洋，其中充斥着各种气体和晶体。随着这片海洋冷却并自行分解，形成今天的地幔和地壳，密度更大的物质可能会沉入海底，而不会发生混合。

这种致密的物质就成了如今的超低电压区 (ULVZ) 的基础。

当然，这只是一种理论，而且仅限于地球上的一站。通过从超低速区收集更多细节，研究人员表示，他们可以更多地了解远古岩浆海洋的情况。

“由于还有这么多未知问题，因此还有很大的空间进行基础探索，这也是吸引我不断研究它们的原因，”索恩说道，“它们有可能增加我们对地球的构成及其运作方式的基本认识。”