隐藏在地球表面下的古老行星秘密

最近的研究表明，地球的地幔包含两个大斑点，是忒伊亚的残余物，忒伊亚是一颗古老的行星，它与地球的碰撞导致了月球的形成。这一发现为月球的形成和地球的早期历史提供了新的见解。

在1980年代，地球物理学家有了一个惊人的发现：在地球中心附近深处发现了两个大陆大小的不寻常物质斑点，一个在非洲大陆下方，一个在太平洋下方。

每个斑点的大小是月球的两倍，过去十年的研究表明，它们可能由与月球周围的地幔不同比例的元素组成。

LLVP的起源

这些奇怪的斑点——正式名称为大型低速省份（LLVP）——从何而来？一项新的研究表明，它们是数十亿年前与地球猛烈碰撞的古老行星的残骸，与创造我们月球的巨大撞击相同。

包括亚利桑那州立大学地球与空间探索学院科学家在内的跨学科团队由亚利桑那州立大学校友袁倩领导，他目前是加州理工学院的O.K. Earl博士后研究员。这项研究发表在《自然》杂志上，还为另一个行星科学之谜提出了解决方案。

忒伊亚的遗产

20多年来，科学家们已经知道地球内部有巨大的斑点，其成分不寻常，起源不明。这些结构是如此之大，以至于如果你把它们放在地球表面，它们会在整个星球周围形成一个大约60英里（100公里）厚的层。

此外，据推测，月球是在地球与一颗名为忒伊亚的较小行星之间发生巨大撞击之后形成的。尽管如此，在小行星带或陨石中仍未发现忒伊亚的踪迹。

这项新的研究表明，大部分忒伊亚被吸收到年轻的地球中，形成了LLVP斑点，而撞击产生的残余碎片则凝聚到月球中。

“月球中似乎有代表撞击前地球和忒伊亚的物质，但人们认为地球上任何忒伊亚的残余物都会被地球内数十亿年的动力学（例如地幔对流）’抹去’和均质化，”亚利桑那州立大学地球与空间探索学院教授史蒂文·德施说。“这是第一项研究，证明忒伊亚的不同’碎片’仍然存在于地球内部，在其核心 – 地幔边界。

地震的发现和影响

科学家首先通过测量穿过地球的地震波发现了LLVP。地震波以不同的速度传播不同的材料，在1980年代，出现了地球结构深处大规模三维变化的第一个迹象。

在最深的地幔中，地震波模式主要由地核附近两个大陆大小的结构的特征主导。它们被解释为铁含量异常高的地区，其密度和温度的增加减缓了通过的地震波，因此被称为“大型低速省份”。

“但现在我们对他们有一个解释。地球的斑点似乎是形成我们月球的行星碰撞的残余物，“亚利桑那州立大学地球与太空探索学院教授埃德·加纳罗说。“换句话说，目前在地球内部，在我们脚下深处的巨大斑点是外星人。地球不仅有’斑点’，地球还有外星人斑点！

袁是一名受过训练的地球物理学家，有一天，他正在参加亚利桑那州立大学教授米哈伊尔·佐洛托夫（Mikhail Zolotov）举办的关于行星形成的研讨会。佐洛托夫提出了巨星撞击假说，而钱学森则指出月球的铁含量相对较高。佐洛托夫补充说，没有发现一定与地球相撞的撞击器的痕迹。

“就在米哈伊尔说没有人知道撞击器现在在哪里之后，我有一个’尤里卡时刻’，意识到富含铁的撞击器可能已经变成了地幔斑点，”袁说。

多学科方法

多学科合作团队对忒伊亚的化学成分及其对地球的影响模拟了不同的场景。模拟证实，碰撞的物理特性可能导致LLVP的形成和月球的形成。

“这项工作表明，地球深部地幔中的大斑点（LLVPs）可能是由撞击原始地球并形成月球的行星体的材料制成的，”亚利桑那州立大学地球与空间探索学院教授Mingming Li说。“因此，月球和斑点具有相同的起源。

既然如此猛烈的撞击，为什么忒伊亚的物质会聚集成两个不同的斑点，而不是与形成中的行星的其余部分混合在一起？研究人员的模拟表明，忒伊亚撞击提供的大部分能量仍留在地幔的上半部分，使地球的下地幔比早期的低分辨率撞击模型估计的要冷。由于撞击没有完全熔化下地幔，来自忒伊亚的富含铁的物质斑点基本完好无损。

“通过地幔对流模拟，我们发现来自忒伊亚的致密、富含铁的物质可以下沉并积聚在地幔的底部。这些材料可以在地球大约45亿年的历史中一直存在，“李说。

“通过向内看，朝向地球内部，而不是向外看，朝向月球，我们发现了宇宙灾难的另一个证据，即月球形成的巨大撞击，”美国地质调查局的合著者特拉维斯·加布里埃尔说。

“这项研究确实将地球置于内太阳系形成的背景下，”中国科学院的合著者邓洪平说。“想象一下，如果我们设法从最深的地幔中恢复一些忒伊亚信号，我们就可以更好地了解婴儿太阳系的结构和组成，而不必求助于信号混乱的当今陨石。