地核附近的早期地球的可能化學(xué)殘余物可能是45億年前與一顆行星碰撞所遺留
（神秘的地球uux.cn報道）據(jù)cnBeta：一項新研究表明，位于地核附近的附近早期地球的可能化學(xué)殘余物可能是45億年前與一顆古老行星的碰撞所遺留下來的。猶他大學(xué)的期地球研究人員在地幔深處發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)層，他們說這有助于解釋地球是可能顆行如何演化的。
猶他大學(xué)地質(zhì)學(xué)和地球物理學(xué)系副教授Michael S. Thorne說：“在我們所知道的化學(xué)深層地幔的所有特征中，超低速區(qū)代表了可能是殘余最極端的特征。的億年前確，這些是星碰在地球上任何地方發(fā)現(xiàn)的最極端的一些特征。”
這項研究發(fā)表在《自然-地球科學(xué)》上，遺留由美國國家科學(xué)基金會資助。地核的早
地球的附近內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一同心狀圈層構(gòu)造，由地心至地表依次分化為地核、期地球地幔、可能顆行地殼。化學(xué)我們生活在地殼上，殘余這是一層薄薄的固體巖石。在地殼和地球中心的鐵-鎳核心之間是地幔。它不是熔巖的海洋--相反，它更像固體巖石，但很熱，而且有能力移動，推動了表面的板塊構(gòu)造。
我們怎么能知道地幔和地核中發(fā)生了什么？地震波。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生后，地表的科學(xué)家可以測量地震波如何以及何時到達世界各地的監(jiān)測站。根據(jù)這些測量結(jié)果，他們可以反算出地震波是如何被地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)（包括不同密度的地層）反射和偏轉(zhuǎn)的。這就是我們?nèi)绾沃赖貧ぁ⒌蒯：偷睾酥g的邊界--以及部分我們?nèi)绾沃浪鼈兪怯墒裁礃?gòu)成的。
超低速區(qū)位于地幔的底部，在液態(tài)金屬外核的頂部。在這些區(qū)域，地震波的速度減慢了一半，而密度增加了三分之一。
科學(xué)家們最初認為，這些區(qū)域是地幔部分融化的地方，可能是冰島等所謂 “熱點”火山地區(qū)的巖漿來源。
“但是大多數(shù)我們稱之為超低速區(qū)的東西似乎并不位于熱點火山的下面，”Thorne說，“所以這不可能是全部的故事。”
因此，Thorne、博士后學(xué)者Surya Pachhai和來自澳大利亞國立大學(xué)、亞利桑那州立大學(xué)和卡爾加里大學(xué)的科學(xué)家們開始探索另一種假設(shè)：超低速區(qū)可能是由與地幔其他部分不同的巖石構(gòu)成的區(qū)域--它們的組成可能可以追溯到早期地球。
Thorne說，也許超低速區(qū)可能是氧化鐵的集合，我們在表面看到的是鐵銹，但在地幔深處可以表現(xiàn)為一種金屬。如果是這樣的話，就在地核外的氧化鐵“袋”可能會影響地球的磁場，而地球的磁場就在下面產(chǎn)生。
Pachhai說：“超低速區(qū)的物理特性與它們的起源有關(guān)，這反過來又提供了關(guān)于地球最下層地幔的熱和化學(xué)狀態(tài)、演變和動力學(xué)的重要信息--這是驅(qū)動板塊構(gòu)造的地幔對流的一個重要部分。”
為了得到一個清晰的畫面，研究人員研究了澳大利亞和新西蘭之間的珊瑚海下面的超低速區(qū)。這是一個理想的地點，因為該地區(qū)有大量的地震，這提供了一個地核-地幔邊界的高分辨率地震圖片。人們希望高分辨率的觀測能夠揭示更多關(guān)于超低速區(qū)是如何組合在一起的。
但是，通過近1800英里的地殼和地幔獲得一個地震圖像并不容易。它也不一定是結(jié)論性的--厚厚的低速物質(zhì)層可能與薄薄的更低速物質(zhì)層一樣反射地震波。因此，該團隊使用了一種反向工程的方法。
“我們可以創(chuàng)建一個包括超低波速減少的地球模型，”Pachhai說，“然后運行一個計算機模擬，告訴我們?nèi)绻厍蛘娴氖沁@個樣子，地震波形會是什么樣子。我們的下一步是將這些預(yù)測的記錄與我們實際擁有的記錄進行比較。”
在數(shù)十萬次的模型運行中，這種被稱為“貝葉斯反演”的方法產(chǎn)生了一個數(shù)學(xué)上穩(wěn)健的內(nèi)部模型，對模型中不同假設(shè)的不確定性和權(quán)衡有很好的理解。
研究人員想要回答的一個特殊問題是，在超低速區(qū)中是否存在內(nèi)部結(jié)構(gòu)，比如說層。根據(jù)模型，答案是，層是非常有可能的。這是一個大問題，因為它為理解這些區(qū)域是如何形成的指明了方向。
Pachhai說：“據(jù)我們所知，這是第一個在這種詳細程度上使用貝葉斯方法來研究超低速區(qū)的研究，"它也是第一個證明超低速區(qū)內(nèi)有強烈分層的研究。”
地球的起源
可能存在分層是什么意思？40多億年前，當(dāng)稠密的鐵沉入早期地球的核心，而較輕的礦物漂浮到地幔時，一個與火星差不多大的行星天體可能撞上了這個新生的行星。這次碰撞可能將碎片扔進了地球的軌道，這些碎片后來可能形成了月球。它還顯著提高了地球的溫度--正如你所期望的那樣，兩顆行星相互撞擊。
Pachhai說：“因此，形成了一大批熔融物質(zhì)，被稱為巖漿海洋。”這個“海洋”將由懸浮在巖漿中的巖石、氣體和晶體組成。
海洋在冷卻過程中會進行自我“分類”，密集的物質(zhì)會下沉并分層到地幔的底部。
在接下來的幾十億年里，隨著地幔的攪動和對流，致密層會被推成小塊，顯示為我們今天看到的分層超低速區(qū)。
Pachhai說：“因此，最主要和最令人驚訝的發(fā)現(xiàn)是，超低速區(qū)并不是同質(zhì)的，而是在其中含有強烈的異質(zhì)性（結(jié)構(gòu)和成分的變化）。這一發(fā)現(xiàn)改變了我們對超低速區(qū)的起源和動態(tài)的看法。我們發(fā)現(xiàn)，這種類型的超低速區(qū)可以用地球歷史之初產(chǎn)生的化學(xué)異質(zhì)性來解釋，而且在45億年的地幔對流之后，它們?nèi)匀粵]有得到很好的混合。”
不是最后的結(jié)論
這項研究為一些超低速區(qū)的起源提供了一些證據(jù)，盡管也有證據(jù)表明其他超低速區(qū)有不同的起源，例如正在下沉到地幔中的海洋地殼的熔化。但是，如果至少有一些超低速區(qū)是早期地球的遺留物，那么它們就保留了地球的一些歷史，否則就會丟失。
Pachhai說：“因此，我們的發(fā)現(xiàn)為了解地球地幔的初始熱和化學(xué)狀態(tài)以及它們的長期演變提供了一個工具。”

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