我們都知道地球的大緻結構為表層的地殼下是地幔,地幔下是地核,這是最簡單的三層分類法,實際上每一層還都有很多結構,比如在地幔中,就有上地幔、下地幔、軟流層、雷波蒂面等層面結構,其上下還有莫霍面和古登堡面,所以其結構也并不簡單。已有科學家稱在地幔中發現了兩團奇特的結構,如同兩個圓球(或者水泡)分布在地核兩側,其性質和存在機理讓科學家們困惑不已。
↑地球的層狀結構
這兩個圓球狀結構十分巨大,直徑可達上千公裡,橫向和徑向長度不等,但面積很大,高度則在700~1000公裡之間,用發現者的話說就是“像珠穆朗瑪峰高度的100倍”,其中一個結構在非洲大陸的下面,這個塊狀體的面積接近澳洲大陸,另一個在太平洋下面,面積稍小,兩者在地核兩側呈對稱分布,科學家已正式将其定名為“大型低剪切波速度塊體(LLSVPs)”。
↑圖中黃褐色部分既是大型低剪切波速度塊體
研究者們還通過模型詳細測試了可能影響兩個水泡狀團塊的體積和密度差異,認為LLSVPs的存在會對大陸的地形、重力、表面火山活動和闆塊運動的變化起到較大的影響力。
這兩個奇特的結構最早是由中國科技大學吳忠慶教授、課題組王文忠博士和美國密歇根州立大學劉嘉超博士、亞利桑那州立大學李明明教授合作,通過高溫高壓實驗和第一性原理計算,以及地球地震波數據分析中發現的,研究成果最早發布于2019年3月份,2021年3月份又發表了成因揭秘,今年3月份,中文業界資訊又進行了報道。研究者們通過更精細的觀測分析,認為非洲大陸下的圓球狀結構要比太平洋下的結構在面積上大出1000公裡左右,而且非洲大陸下的圓球狀結構密度比較小,特别是相對于其周邊地幔物質要略小一些,而太平洋之下的結構密度比較大,比周邊物質或略大一些,這或可解釋為什麼整個非洲大陸的海拔都很高,而太平洋卻很深的原因。
研究者們還認為非洲下方的水泡狀塊體,可能在最近的地質時期一直在上升,其不但導緻了非洲大陸的擡升,還使得非洲東部大裂谷的出現以及火山和地震活動的頻繁發生。
為了了解這兩個LLSVPs的性質、特征和形成機制,研究者們運行了數百個地幔對流模型模拟,但成因十分複雜,至今仍難完全解釋,推測這兩者都是由地球形成早期的岩漿演化形成的含三價鐵的布裡奇曼石分解成極度富三價鐵布裡奇曼石時催生的大型低剪切波速塊體的形成,因為富三價鐵布裡奇曼石具有低波速、高泊松比和高密度特性,其在地幔中約占5%到15%,這能很好地解釋有關大型低剪切波速塊體的地震學觀測結果,而地球動力學模拟也顯示這種水泡狀異常體能在下地幔中形成類似于大型低剪切波速塊體的結構。不過這兩個圓球狀物可能有不同的組成和演變曆史。
專家們認為這一發現對理解地球内部結構與物質組成,深層地幔結構的現狀和演變,以及地幔對流性質等方面都具有深遠意義,它将從根本上改變科學家們對深層地幔形成過程的認知。
參考資料:
《中文業界資訊(cnBate)》3月13日文章《地球地幔中的兩個巨大神秘團塊令科學家們困惑不已》
《光明網》2021年3月31日文章《科學家“解密”地球下地幔底部大型結構體成因》
有話要說...