【原】地球深處“潛伏”著兩個(gè)巨大的結(jié)構(gòu)物,，科學(xué)家也不清楚到底是什么

魅力科學(xué)君 2020-06-29

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我們?nèi)祟愲m然號稱是地球的主人,，但實(shí)際上我們的實(shí)力并不是想象中的那么強(qiáng)，我們在地球上所鉆的孔,，最深的也僅有12公里多一點(diǎn),，與地球高達(dá)6371公里的半徑相比，這樣的深度實(shí)在是不值一提,。那么既然人類沒辦法在地球上鉆一個(gè)很深的孔,，科學(xué)家又是用什么方法探索地球深處呢？

答案就是利用地震波,，簡單地說就是先觀測地震波在地球深處的傳播過程,，然后再對收集到的重要數(shù)據(jù)（如傳播時(shí)間、傳播途徑等）進(jìn)行分析,，就可以推測出在地球深處的物質(zhì)到底是什么,。

早在1909年，地球物理學(xué)家安德烈.莫霍洛維奇就根據(jù)29個(gè)地震臺的地震波數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)了地殼與地幔之間的分界面（莫霍面),，在后來的30多年的時(shí)間里,，科學(xué)家們又利用同樣的方法建立了我們現(xiàn)有的地球結(jié)構(gòu)模型，即地球是由地殼,、地幔和地核組成,，而地核又分為固態(tài)的內(nèi)核和液態(tài)的外核。

但人類并不會滿足于這樣的成果,，事實(shí)上,，科學(xué)家們對地球深處的研究就從未停止過，人們還發(fā)展出了一項(xiàng)酷炫的技術(shù)——地震層析成像技術(shù),，簡單地講就是,，該技術(shù)可以利用地震產(chǎn)生的地震波對地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行直接成像。

在過去的日子里,，隨著該項(xiàng)技術(shù)的日益成熟,，人們得到了越來越清晰的地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像，也發(fā)現(xiàn)了地球深處的很多秘密,，而這其中有一個(gè)發(fā)現(xiàn)非常引人注目,，那就是地球深處“潛伏”著兩個(gè)巨大的結(jié)構(gòu)物，并且直到現(xiàn)在科學(xué)家也不清楚到底是什么,。

（利用地震層析成像技術(shù)繪制的3D示意圖）

在1970年代,，研究人員就注意到，當(dāng)?shù)卣鸺羟胁ǎㄓ址Q橫波）在地幔和地核之間的邊界（CMB）上方的兩片較大的區(qū)域傳播時(shí),，其傳播速度明顯低于平均速度,，于是將其稱為“大低剪切速度區(qū)”（Large low-shear-velocity provinces，簡稱LLSVP），并據(jù)此初步推測出地球深處“潛伏”著兩個(gè)巨大的結(jié)構(gòu)物,。

在接下來的時(shí)間里,，不斷進(jìn)步的地震層析成像技術(shù)確認(rèn)了這兩個(gè)巨大的結(jié)構(gòu)物的存在，相關(guān)數(shù)據(jù)表明,，它們都在地球赤道的附近,，分別位于太平洋和非洲的下方，其最厚的區(qū)域可達(dá)到1000公里,，總體積高達(dá)14.2萬億立方米,。

（注：圖源Nature，圖中數(shù)字的單位為1000公里,，紅色和白色箭頭表示地幔的對流情況,，標(biāo)注為“Pacific LLSVP” 和 “African LLSVP”的區(qū)域就是這兩個(gè)結(jié)構(gòu)物）

看到這里可能有人要說了,，地球深處都是擠壓在一起的巖石物質(zhì),，科學(xué)家憑什么就可以說這兩個(gè)“大低剪切速度區(qū)”就是單獨(dú)的結(jié)構(gòu)物呢？

其實(shí)這并不是拍拍腦袋就隨便作出的結(jié)論,，首先就是地震層析成像技術(shù)顯示的圖像表明,，這兩個(gè)“大低剪切速度區(qū)”的邊界是尖銳的，其次是科學(xué)家根據(jù)地球上層的火成巖沉積情況分析出,，這兩個(gè)“大低剪切速度區(qū)”至少已經(jīng)穩(wěn)定存在了2.5億年之久,。

（注：火成巖即地球內(nèi)部涌出的巖漿冷卻后形成的巖石，而利用地震層析成像技術(shù)繪制的圖像顯示,，這兩個(gè)巨大的結(jié)構(gòu)物與一些火山是連接起來的,，因此地表上的不少火山活動都與它們相關(guān)）

要知道在地球深處的高溫高壓下，即使是固態(tài)的物質(zhì)也可以發(fā)生流動（這也是地幔對流的原因）,，而在這種情況下,，這兩個(gè)“大低剪切速度區(qū)”與地球深處其他物質(zhì)居然會出現(xiàn)尖銳的分界面，就足以說明它們與地球深處的普通物質(zhì)在成分上存在著明顯差異,，而且其物質(zhì)密度也必須比周圍的物質(zhì)更加大,，否則的話，這兩個(gè)“大低剪切速度區(qū)”就不可能長時(shí)間地存在,，因?yàn)樗鼈儠谥車镔|(zhì)的擠壓下迅速與之融為一體,，根本不可能穩(wěn)定存在2.5億年。

另外要說的是,，在發(fā)生了較大規(guī)模的地震,、火山爆發(fā)等事件之后，整個(gè)地球都會發(fā)生微弱的震動,，這被稱為地球的自由震蕩,，科學(xué)家通過精密的儀器（如應(yīng)變地震儀、重力儀等）就可以將其記錄下來。

由于地球的自由振蕩對物質(zhì)的密度非常敏感,，因此它可以用來判定地球深處物質(zhì)密度的相對大小,，事實(shí)上，科學(xué)家在作出上述結(jié)論的時(shí)候,，過去記錄下來地球自由振蕩的觀測數(shù)據(jù)也是他們重要的依據(jù),。

因此可以說，科學(xué)家已經(jīng)確定了地球深處“潛伏”著兩個(gè)巨大的結(jié)構(gòu)物,，并且也知道了它們存在的時(shí)間以及大小,，但遺憾的是，由于科技水平的限制,，現(xiàn)在的我們根本就不可能深入到地下去一探究竟,，因此直到現(xiàn)在科學(xué)家也不清楚它們到底是什么，只能提出一些假設(shè),。

例如“熱化學(xué)假說”認(rèn)為它們是地球“與生俱來”的獨(dú)特結(jié)構(gòu)物,，“浮力數(shù)假說”認(rèn)為它們其實(shí)就是兩團(tuán)非常高溫的巖石物質(zhì)，然而這些假設(shè)都有一定程度的局限,，不能夠完美地解釋為什么它們能夠長期穩(wěn)定地存在,。