新研究表明超低速带是地球早期岩浆海洋的残余物

2022年1月5日整理发布：超低速区位于太平洋中部和非洲下方，地球外核之上。在这些地区，地震波减慢了一半，密度增加了三分之一。地球科学家最初认为这些区域是地幔部分融化的区域，可能是冰岛等热点火山地区的岩浆来源。新的研究表明，一些超低速区可能是早期地球形成过程的残余物。

“超低速区可能是氧化铁的集合，我们认为它们在表面生锈，但在深部地幔中可以表现为金属，”地质与地球物理系研究员迈克尔索恩博士说。犹他大学。

“如果是这样的话，地核外的氧化铁袋可能会影响下方产生的地球磁场。”

“超低速带的物理特性与其起源有关，而这反过来又提供了有关地球最下地幔的热和化学状态、演化和动力学的重要信息——地幔对流的重要组成部分，驱动板块构造，”补充说。 Surya Pachhai 博士，犹他大学地质与地球物理系和澳大利亚国立大学地球科学研究学院的博士后研究员。

为了获得清晰的图像，Thorne 博士、Pachhai 博士和他们的同事研究了澳大利亚和新西兰之间珊瑚海下方的超低速带。

这是一个理想的位置，因为该地区发生了丰富的地震，提供了核心-地幔边界的高分辨率地震图像。

希望高分辨率观测可以更多地揭示超低速区是如何组合在一起的。

但是通过近 2,900 公里(1,800 英里)的地壳和地幔获得某物的地震图像并不容易。它也并不总是决定性的——一层厚厚的低速材料可能会以与一层甚至更低速材料的薄层相同的方式反射地震波。因此，研究人员使用了逆向工程方法。

“我们可以创建一个包含超低波速度降低的地球模型，然后运行计算机模拟，告诉我们如果地球实际是什么样子，地震波形会是什么样子，”Pachhai 博士说。

“我们的下一步是将那些预测的录音与我们实际拥有的录音进行比较。”

科学家们想要回答的一个特殊问题是超低速区域内是否存在内部结构，例如层。

根据他们的模型，答案是层很有可能。这是一个大问题，因为它展示了理解这些区域是如何形成的方式。

Pachhai 博士说：“据我们所知，这是第一次使用这种贝叶斯方法在这种细节水平上研究超低速区域，也是第一项证明超低速区域内强烈分层的研究。”说。

“40 亿多年前，当致密的铁沉入早期地球的核心，而较轻的矿物漂浮在地幔中时，一个与火星大小相当的行星物体可能已经撞入了这颗婴儿星球。”

“这次碰撞可能将碎片抛入地球轨道，这些碎片可能后来形成了月球。它还显着提高了地球的温度——正如你对两颗行星相撞所期望的那样。”

“结果，形成了大量的熔融物质，称为岩浆海洋。海洋由悬浮在岩浆中的岩石、气体和晶体组成。海洋在冷却时会自我分类，致密的物质会下沉并堆积在地幔底部。”

“在接下来的数十亿年里，随着地幔的搅动和对流，致密层会被推成小块，表现为我们今天看到的分层超低速区。”

“因此，主要和最令人惊讶的发现是，超低速区不是同质的，而是在其中包含强烈的异质性(结构和成分变化)，”Pachhai 博士解释说。

“这一发现改变了我们对超低速区起源和动力学的看法。”

“我们发现这种类型的超低速带可以用地球历史开始时产生的化学异质性来解释，并且在 45 亿年的地幔对流之后它们仍然没有很好地混合。”

该团队的论文发表在《自然地球科学》杂志上。

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