上世紀(jì) 80 年代，科學(xué)家通過對地震波的分析在地球深處的地幔中發(fā)現(xiàn)了兩塊不尋常的結(jié)構(gòu)。這兩塊結(jié)構(gòu)大小和月球相當(dāng)，一塊位于太平洋板塊下方，另一塊位于對面的非洲大陸下方。這兩塊巨型結(jié)構(gòu)推測含有更多的鐵，密度明顯比周圍地幔要高。原本應(yīng)該均勻分布的地幔，為何會出現(xiàn)兩塊“鐵疙瘩”，這個問題多年來一直困擾著科學(xué)家們。
自從望遠(yuǎn)鏡被發(fā)明以來，人們對外太空的了解遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了對地球內(nèi)部的了解。畢竟往上看沒東西擋著，只是距離稍微遠(yuǎn)了一點，但是往下看就沒那么容易了，要想一窺究竟除了鉆探似乎別無他法。
有人可能會想：“不就打洞嘛，能有多難？”
不得不說，一開始科學(xué)家也低估了這項工作的難度。早在上個世紀(jì)，前蘇聯(lián)就開展過一系列科學(xué)鉆探工作。從 1970 年開始，人們花了將近 10 年時間才讓鉆探深度突破 10000 米大關(guān)。后來又花了大概 10 年，鉆探深度達(dá)到了 12262 米，此后便再也無法取得突破，這一記錄也一直保持到了今天?？墒沁@點深度連地球最外層的地殼都還沒鉆透，真的是體會到什么叫“上天容易入地難”。
雖然厚厚的地殼阻擋了我們窺探地層深處的奧秘，但是作為介質(zhì)，巖石它可以承載振動。所以雖然無法“眼見為實”，但是通過對地震波的分析，我們至少能對地球內(nèi)部有個大致的了解。后來人們果然從地震波中探測到了一些異樣。
上世紀(jì) 80 年代科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，地震波在下層地幔的某些地方似乎遇到了阻力，傳播速度變慢了。通過測算，阻力主要集中在太平洋板塊和非洲板塊下方。這兩個地方似乎有兩個異常巨大的“斑塊”，大到占據(jù)了整個地幔的 8%，因此人們稱它們?yōu)椤?strong>大型低速體（LLVPs）”。
關(guān)于這兩個巨型“斑塊”的起源，科學(xué)家們提出過幾種假設(shè)。首先，這些位于地幔深處的結(jié)構(gòu)從時間上來說肯定非常古老，或許可以追溯到幾十億年前地球剛剛形成的時候。當(dāng)時的地球尚處于熔融狀態(tài)，表面遍布著巖漿。既然表面都是熔巖，可想而知此時的地幔更是一片巖漿海洋。于是科學(xué)家們最初的想法是，液態(tài)地幔由于混入了一些雜質(zhì)，與周圍區(qū)域產(chǎn)生了一定差異。之后隨著慢慢冷卻，地幔中的雜質(zhì)在還未充分混合前便被固化了下來，于是便形成了今天的“斑塊”。
另一種更主流的觀點認(rèn)為，這兩個“斑塊”的形成可能和地球板塊的運動有關(guān)。在這種觀點中，這些大型結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的沒那么早，它們是在幾億年前隨著地殼板塊的漂移撞擊而形成的。當(dāng)板塊和板塊相互碰撞時，有些地殼被擠壓下沉到了地幔底部，隨后便形成了后來的“斑塊”。
還有一種觀點也認(rèn)為這兩個結(jié)構(gòu)可能是在地球形成很久之后出現(xiàn)的，不過鑒于它們出現(xiàn)在地幔的最下層，緊挨著地核，所以它們可能是由于地核中的鐵滲出到了地幔中導(dǎo)致的。
除了以上三種猜測外，近些年關(guān)于這兩個“斑塊”的起源又多了一種更大膽的猜測 —— 它們或許是地外天體忒伊亞的遺跡！沒錯，就是那個關(guān)于月球誕生的“大碰撞”假說中的遠(yuǎn)古天體。
大約 45 億年前，也就是太陽系剛形成后一億年左右，當(dāng)時一顆火星大小的行星與原始地球發(fā)生了碰撞。這次碰撞不但使地球的自轉(zhuǎn)軸發(fā)生了傾斜，過程中產(chǎn)生的碎片還直接促使了月球的誕生，因此人們以月亮女神之母的名字稱呼該行星為“忒伊亞”。
雖然有諸多證據(jù)都支持“大碰撞”假說，但是目前它仍然面臨著一些挑戰(zhàn)，其中最大的問題就是：為什么月球和地球在同位素方面有著驚人的相似度。
因為受太陽風(fēng)影響，不同天體的元素含量肯定會有些許差異。而形成月球的材料普遍認(rèn)為主要來源于忒伊亞，所以按理來說月球的成分應(yīng)該和地球有著很大不同。但是后來所有的同位素測試都表明，地球和月球似乎是同源的。
為了堵上理論的漏洞，后來科學(xué)家們又提出了許多“大碰撞”假說的改進(jìn)版，只不過目前都缺少實際證據(jù)。然而近些年有科學(xué)家意識到，先前地幔中發(fā)現(xiàn)的讓人疑惑的那兩個“斑塊”，或許正是“大碰撞”假說的首個證據(jù)。
最新理論認(rèn)為，當(dāng)初忒伊亞與早期地球碰撞后，撞擊產(chǎn)生的高溫直接將忒伊亞融化。于是忒伊亞的物質(zhì)與地球的上層地幔以熔融狀態(tài)充分混合在一起，但下層地幔仍然主要為固態(tài)，保留了原始地球的成分。之后部分混合物被甩了出來，其中一部分脫離了地球的洛希極限，慢慢形成了月球，而另一部分則落回了地球。也就是說，月球可能并不是想象的那樣完全由忒伊亞的碎片構(gòu)成，而是由忒伊亞參雜了地球物質(zhì)的混合物形成。
更關(guān)鍵的地方在于，雖然忒伊亞在碰撞中被融化且與地幔物質(zhì)混合在一起，但由于它的密度比較大，以至于部分忒伊亞物質(zhì)“沉淀”到了地幔巖漿流的底部被固態(tài)封存起來，從而形成了后來巨大的“斑塊”結(jié)構(gòu)。某種程度上來說，這兩塊大型低速體“斑塊”其實并非原始地球的產(chǎn)物，而是來自忒伊亞行星的遺跡。
這個理論除了邏輯上說得通外，研究人員同時也給出了一些證據(jù)。比如通過對從此處地幔噴射到表層物質(zhì)的化學(xué)分析，那里的元素確實和其他地幔不太一樣。另外根據(jù)理論模型，研究人員通過計算機(jī)模擬地幔運動，模擬結(jié)果也確實產(chǎn)生了兩個與實際類似的“斑塊”。
話說這些“斑塊”除了奇怪一些，它們對我們?nèi)祟悜?yīng)該沒什么影響吧？其實不然，它們雖然看起來位于地球內(nèi)部深層的地幔之下，但是它們的存在對整個地球來說都有著深遠(yuǎn)影響。
比如我們知道，全世界大部分的火山都分布在板塊交界處。但奇怪的是，有一些非?；钴S的火山卻并不在這種地方。比如夏威夷群島所在的北太平洋，這里擁有許多活火山，甚至很多島嶼的形成就是由于海底火山的原因?？墒沁@里位于太平洋板塊的正中間，離板塊交界處遠(yuǎn)得很，怎么會有這么多活火山存在呢？
原本人們只知道，這里的火山是由于地幔中存在一種垂直向上被稱為“地幔柱”的“熱管道”，地底深處的巖漿就是順著這些“管道”冒出來的。后來又發(fā)現(xiàn)，這些“管道”似乎正好位于的是太平洋大型低速體的邊緣。不管是因為“斑塊”的存在導(dǎo)致了“管道”的出現(xiàn)，還是說這里的地質(zhì)運動本來就比較劇烈，從而把“斑塊”推到了當(dāng)前位置，總之它們之間似乎應(yīng)該有著什么連系。
不過“非同尋常的觀點需要非同尋常的證據(jù)”，后續(xù)研究人員還需要尋找更多的證據(jù)來印證他們的觀點。比如除了基于地球的勘探，對月球內(nèi)部的采樣同樣對接開最終謎團(tuán)至關(guān)重要。最后，這項研究雖然針對的是地月系統(tǒng)，但它不僅僅是為了搞清楚月球包括地球的起源，同時它也可以為日后尋找宜居的系外行星提供線索。
參考資料：
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Kola_Superdeep_Borehole
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Large_low-shear-velocity_provinces
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Theia_(planet)
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Giant-impact_hypothesis
[5] https://www.cas.cn/syky/202310/t20231030_4983318.shtml
[6] https://www.caltech.edu/about/news/the-remains-of-an-ancient-planet-lie-deep-within-earth
[7] https://www.sci.news/space/theia-earth-mantle-12412.html
[8] https://www.youtube.com/watch?ab_channel=caltech&v=k4dQW_fUgik
[9] https://www.bbc.com/future/article/20220510-why-are-there-continent-sized-blobs-in-the-deep-earth
[10] https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2021/pdf/1980.pdf
[11] https://www.nature.com/articles/s41586-023-06589-1
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