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地核边缘两个超大神秘岩石团块令科学家迷惑 或影响了5亿年前物种大灭绝

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图片来历:动图截图/OLENA SHMAHALO / QUANTA MAGAZINE

几十年前,科学家们初次使用地震的回声制作出地球深处的地图。他们不仅仅找到了你或许在小学课本上看到的洋葱层——地核和被开裂的地壳掩盖的地幔。相反,他们看到了两个巨大的、反常的含糊概括,好像来自深渊中不知道形状的注视。

多年来,更精密的地图不断显示出相同的凯时国际娱乐下载团块状特征。一个蜷缩在非洲下面;另一个窝在太平洋下面。它们潜伏在地球熔化的铁核与岩石地幔相遇的当地,像地下国际的巨型大陆相同漂浮着。它们的最高点或许超越珠穆朗玛峰高度的100倍。假如你把它们带到地表,上帝保佑,它们包括的物质满足掩盖整个地球,构成一个大约100公里深的熔岩湖。

“这就像在天空中冒出一个物体,然后问,‘那是月亮吗?人们会说,不是。‘那是太阳吗?’不是。‘那这是什么? ’咱们不知道!”马里兰大学的地震学家Vedran Leki?说,“不管它是什么,它与地球的进化密切相关。”

这些巨大的、躲藏的地震特征的第一个疑团是,它们是否由不同于地球地幔其他部分的物质构成。第二:这些图画是如安在咱们的表层国际留下痕迹的?

这两个疑团都没有处理。但近年来,许多地球科学家初步提出这样的观念:这些含糊的形状是一堆堆鳞次栉比、冒着烟的岩石,可追溯到地球的初步。曩昔一年的多项研讨以为,它们继续的影响或许是夏威夷等火山热门长时间令人困惑的方式的原因。

“这些是地球上最大的东西。”亚利桑那州立大学的地震学家埃德·加内洛(Ed Garnero)说,“直到最近我才初步考虑,‘哇,它们的影响或许是超级深远的’。”

核心问题

假如一个全能的科学插画家把地球切成两半,他们首要需要把咱们赖以生存的薄薄的地壳切开,地壳被分红移动的结构板块。然后穿过岩石地幔。只要在地下2900公里处,也便是离地心一半的当地,他们才会碰到地核-地幔鸿沟。

为了制作那部分地球的地图,地震学家使用地震开释的波。当波涛向外振荡时,它们的速度取决于所通过的物质。这导致它们在不同的时间抵达不同的监测站。1984年,哈佛大学研讨员亚当·季旺斯基(Adam Dziewonski)初次将许多不同地震的数据整组成一张全球地图。这两个团块马上呈现了,像星战中莱娅公主小圆面包式头发相同附着在两头的核上。

在这些区域,地震波好像变慢了,这标明这些团块比周围的地幔要热。咱们怎样知道的?岩石受热胀大。加内洛说,这使得波涛在温暖的区域缓慢移动,就像在松懈的吉他弦中缓慢移动的振荡相同。

缓慢的波给这些团块一个正式的姓名:大型低剪切波速度块体(large low-shear-velocity provinces),或许LLSVPs。或许命名拗口,缩写又太低沉,相关论题并不多。剑桥大学的地震学家Sanne Cottaar说:“都怪咱们,因为咱们过错地命名了这个特征。”

起先,地球科学家在考虑这些温暖的团块时以为,它们的一个显着特征——温暖。这个学派以为,这些团状物首要是热特征。跟着时间的推移,地幔就像一个难以忍受的缓慢欢腾的水锅。而热量来自于地幔触摸地核的底部,这种热量导致地幔中的岩石以羽流的方式上升。地震学家们在制作地震团块的时分,或许仅仅看到了国际上最大的热羽流的含糊基底区域。

在这种观念下,这些团状物首要由与地幔其余部分相同的物质组成。它们的方位是由上面的板块结构决议的,而不是由这些区域的任何固有的和令人毛骨悚然的东西决议的。当地壳中的一个板块被推到另一个板块之下,这个进程被称为爬升,它就会下沉,把较冷的岩石送入地幔。

可是,伦敦帝国理工学院的Saskia Goes说,在曩昔的几亿年间,还没有板块爬升过这些团块区域。“正是因为短少冷的物质,才使得它们相对来说比较热。”

与此同时,对立这种观念的学派并不置疑热团区域会升起羽流。他们仅仅争辩论,这些团块自身是特别的。

自2000年代中期以来,几个地震学家小组研讨了刚好掠过这些区域边际的地震信号。这些信号显示出杂乱的方式,标明波涛掠过了一个相对明晰的鸿沟。这标明团块的边际标志着资料之间的改动,而不仅仅是温度。

在这种观念下,这些团块便是所谓的热化学堆,即具有共同化学成分的密布岩石块。因为它们与地核的长时间触摸,温度比地幔的其他部分要高,这就导致了羽流的呈现。

假定这些团块是不同的,它们或许十分陈旧——地球婴儿时期的终究残存物。一个首要的观念是,当整个下地幔是岩浆海洋时,这些团块构成了,就在地球诞生后不久。巴黎高级师范学院(Ecole Normale Superieure)的尼古拉斯?科尔蒂斯(Nicolas Coltice)标明,岩石初步冷却并结晶,但铁仍在岩浆海洋中熔化。然后,当终究的岩浆渣结晶时,变得十分稠密而且富含铁,促进它们下沉到地幔的底部,构成了这些团块。

在这一阶段,这些团块或许挺过了前期行星上最大的灾祸:一个假定的碰击,一个火星巨细的物体,叫做忒伊亚,终究诞生了月球。或许,加内罗估测,这些密布而共同的石堆乃至或许是忒伊亚自身的碎片,永久埋在地下深处。

从纯热学的观念来看,板块结构是国际上真实的运动者和振荡者,决议着上升流发作的方位。可是热化学堆的阵营信任,热的、重的、安稳的团块会与地表结构体系有更多的来回对话。下沉板块的寒流会像橡皮泥相同把这些气泡推来推去;反过来,来自热团的上升流会把板块推回去。

热门难题

为了测验这些团块对控制地球这艘物理飞船有何效果,科学家们将目光投向了夏威夷。在曩昔的一年里,研讨人员使用这些团块来处理两个长时间存在的谜题。

首要考虑夏威夷-皇帝岛链,由一段岛屿和水下山脉组成。这条奇特的山脉从仍在成长的大岛初步,全长6200公里,在俄罗斯邻近完毕。地质学家长时间以来一向将这条链条解说为一个热门:当太平洋板块在固定的地幔柱上滑动时,羽流从下方向上推进新的火山岛。

仅有的问题是拐弯处,在这个链条的中心是一个60度的扭结。地球物理学家以为,这种曲折来自很久以前板块运动的改动。

可是,一个研讨小组上一年7月提出,为了实践契合一切的数据,羽流也有必要移动。为此,他们将原因归结于团块。

这篇新论文的合著者、罗切斯特大学的约翰·塔杜诺(John Tarduno)说,此前的研讨标明,夏威夷的羽流或许是从太平洋边际的远处喷射出来的。可是地幔中的洋流会使这个团状物变形,并将地幔柱拉向它。终究,羽流会停在团块的边际。

夏威夷和太平洋区域之间的联络或许会反过来解开另一个更广泛的疑团。

地球化学家一向企图解说为什么来自夏威夷和其他热门区域如萨摩亚、加拉帕戈斯群岛和冰岛的熔岩有共同的化学特征。例如,来自这些热门的熔岩含有相对高浓度的氦-3——一种比太阳系来历更早的原始遗址。科学家们在氖同位素(据以为也很陈旧)中发现了相似的方式,钨、氙同位素也是如此,这两种同位素都是在地球诞生后不久由其他元素的放射性衰变构成的。

本年7月,由加州大学戴维斯分校的地球化学家柯蒂斯·威廉姆斯(Curtis Williams)领导的一个研讨小组宣布了模仿成果,追寻了热门下的羽流回到活动的地幔。他们发现这些羽流一向抵达团块,并带来共同的化学效果。 威廉姆斯说:“地幔(羽流)的任何部分,它的确很老。”

加州大学圣巴巴拉分校的地球化学家罗伯塔·鲁德尼克(Roberta Rudnick)说,这些发现证明了这些团块是由“古代物质”构成的。“这是十分激动人心的时间。”

当羽流和涡流在团块周围打转时,气流有时会捕捉到团块物质自身的小块,这就解说了远在上方的热门熔岩的奇特之处。但更大的碎片也或许偶然开裂,这或许与另一种可疑的方式有关。

依据由奥斯陆大学Trond Torsvik领导的研讨,团块好像也被连接到大约二十个外表区域称为大火成岩省当地,在这些当地,地球曩昔屡次在外表上渗出数百万立方公里的熔岩。其间许多事情自身都与大灭绝有关,这是曩昔5亿年里最大规划的生命灭绝事情。

假如这种相关不是偶然,Leki?估测,这些事情乃至或许是团块从主体结构脱离的成果。 假如浮在水面,它们将融化成满足热的岩石,然后引起巨大的继续喷射。 反过来,火山活动或许会改动气候,乃至导致大规划灭绝。这样的一个估测,假如被证明,将是终极的洪荒时代的定时炸弹——国际诞生以来被埋葬的地下结构触发了国际末日的灭绝。

加内洛说,近距离看,地下深处或许比外表看起来更凹凸不平,不止两个小块,就像咱们的国际地图上既有大陆,也有小岛和半岛相同。更小的热物质团块或许会从首要的团块崩解并漂移到其他当地,这就解说了像黄石公园这样的特征,它比岛屿热门更难与地幔深处的任何东西相联络。

可是,即便在这些团块忽然呈现在一代人的视界中之后,地球科学家仍在不断完善他们的测量方法和模型,以解说这些数据或许意味着什么。Cottaar说:“人们有更悠长的前史,更简单仰视星空。”“往下看实践上更具有挑战性。”

原文来历:https://www.quantamagazine.org/continents-of-the-underworld-come-into-focus-20200107/

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