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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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

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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。

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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。

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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。

毕竟理论和实践总有一定差距,在这之后我们或许就能知道这两个大型结构究竟意味着什么。

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