地球外核和地幔交界處存在神秘結(jié)構(gòu)，巖漿海洋還是遠(yuǎn)古海洋的遺跡

本文來自微信公眾號：SF 中文（ID：kexuejiaodian），作者：SF

人類上天的歷史已有百余年，人類突破大氣層的歷史也有 60 多年，甚至人類第一次踏足幾十萬千米外的星球也已經(jīng)過去了 50 多年，但人類深入地下的紀(jì)錄僅僅剛超過 12 千米?？梢?，深入地球內(nèi)部要比飛向太空難得多。

可以說，我們對地球的了解遠(yuǎn)不如太空。就比如，對于形成地球磁場至關(guān)重要的地核，過去科學(xué)家普遍認(rèn)為，構(gòu)成地球外核的液態(tài)鐵合金混合良好，而且分布均勻。但近 40 年來，一些探測結(jié)果讓這種觀點(diǎn)充滿爭議。

2024 年 8 月，一篇發(fā)表于《科學(xué)?進(jìn)展》（Science Advances）的文章給出了一份地球外核分布不均勻的有力證據(jù) —— 在外核發(fā)現(xiàn)了類似甜甜圈的結(jié)構(gòu)。

1、地球外核套著一層甜甜圈

中國和澳大利亞的科學(xué)家選用了分布于全球的地震臺站測得的地震尾波（地震圖上清晰震相的后續(xù)部分）數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)監(jiān)測于 2000 年 —2021 年，都源自矩震級大于或等于 6.8 級的大地震。

科學(xué)家對這些地震數(shù)據(jù)進(jìn)行了計算和處理，并以南北緯 35° 為界把地震數(shù)據(jù)按地震臺站所處的緯度位置分為了“極地組”（緯度高于 35°）和“赤道組”（緯度低于 35°）。他們發(fā)現(xiàn)，極地組的地震尾波通過地球內(nèi)部的時間短于赤道組，時差可達(dá) 3～5 秒。

導(dǎo)致這種時間差異的原因有很多，主要包括地球的橢圓度、地幔的異質(zhì)性、核幔邊界的地形、外核的不均勻性和內(nèi)核的結(jié)構(gòu)。經(jīng)過分析，科學(xué)家排除了地球的橢圓度、地幔的異質(zhì)性、核幔邊界的地形、內(nèi)核的結(jié)構(gòu)的影響。那么，造成這種通過時間差異的原因就只剩下外核的不均勻性了。

科學(xué)家通過建模，解答了怎樣的不均勻性才能導(dǎo)致如此的時間差異。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)外核在低緯度區(qū)存在一個類似甜甜圈的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，而且與周圍外核區(qū)域相比，這個環(huán)狀結(jié)構(gòu)是一個地震波的低速區(qū)時，模型擬合的數(shù)據(jù)與實(shí)際探測的數(shù)據(jù)更相符。

2、慢速區(qū)是甜甜圈還是遠(yuǎn)古海洋？

這項研究的結(jié)果看起來有理有據(jù)，但對于“地幔和外核相交的區(qū)域到底是怎樣的”這個問題，不同的科學(xué)家有不同的解釋?；蛟S，他們說的都對，這里就是如此紛繁復(fù)雜，可能分布著很多我們想象不到的景觀。

美國亞拉巴馬大學(xué)的地質(zhì)學(xué)家通過地震波研究發(fā)現(xiàn)，外核被一片薄薄的“海洋”包裹，這片海洋深 5～40 千米。遠(yuǎn)古海洋是如何來到核幔邊界的呢？在板塊運(yùn)動的過程中，遠(yuǎn)古海洋的底部被不斷地推入地球內(nèi)部，從而形成了這層包裹外核的慢速區(qū)。

2024 年 5 月，中國科學(xué)家發(fā)表了他們對于這片區(qū)域的最新研究成果。他們推斷，在核幔邊界處，存在一個神秘的 D"層。這是一片巖漿海洋，科學(xué)家認(rèn)為，在地球早期，一個火星大小的天體撞擊了地球，形成了一片覆蓋整個地球表面的巖漿海洋，而 D" 層就是這片巖漿海洋留下的遺跡。更令人意想不到的是，在這片巖漿海洋中存在大量的水。至于這些水是怎么來的，目前科學(xué)家還沒有給出確切的結(jié)論。

參考文獻(xiàn)：

• https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adn5562#body-ref-R5

• https://academic.oup.com/nsr/article/11/7/nwae169/7671154?login=false

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