早期地球可能残留的化学物质位于地核附近

让我们踏上地球深处的旅程，深入地壳和地幔，接近地核。我们将使用地震波来指明方向，因为它们会在地震发生后通过地球产生回声，并像雷达波一样揭示其内部结构。

在核心附近，有地震波缓慢爬行的区域。犹他大学的新研究发现，这些神秘且具有描述性名称的超低速区令人惊讶地分层。建模表明，其中一些区域可能是早期地球形成过程的残余物——不完全混合的残余物，就像一碗面糊底部的面粉团。

“在我们所知道的深部地幔的所有特征中，超低速带可能代表了最极端的特征，”地质与地球物理系副教授迈克尔 S.索恩说。“确实，这些是地球上任何地方发现的一些最极端的特征。”

该研究发表在《自然地球科学》上，由美国国家科学基金会资助。

进入地幔

让我们回顾一下地球内部的结构。我们生活在地壳上，这是一层薄薄的坚固岩石。在地壳和行星中心的铁镍核之间是地幔。它不是熔岩海洋——相反，它更像是坚硬的岩石，但很热，并且具有移动的能力，从而驱动地表的板块构造。

我们如何知道地幔和地核中发生了什么?地震波。地震后，当它们在地球上产生涟漪时，地表的科学家可以测量这些波浪如何以及何时到达世界各地的监测站。根据这些测量结果，他们可以反推这些波是如何被地球内的结构反射和偏转的，包括不同密度的层。这就是我们如何知道地壳、地幔和地核之间的边界在哪里——以及我们如何知道它们是由什么组成的。

超低速区位于地幔底部，液态金属外核的顶部。在这些地区，地震波减慢了一半，密度增加了三分之一。

科学家们最初认为这些区域是地幔部分融化的区域，可能是冰岛等所谓“热点”火山区的岩浆来源。

“但我们称之为超低速区的大多数东西似乎并不位于热点火山下方，”索恩说，“所以这不可能是全部。”

因此，澳大利亚国立大学、亚利桑那州立大学和卡尔加里大学的博士后学者索恩·帕查伊 (Surya Pachhai) 及其同事着手探索另一种假设：超低速带可能是由不同岩石组成的区域，而不是其他区域。地幔——而且它们的成分可能会追溯到早期的地球。

或许，索恩说，超低速区可能是氧化铁的集合，我们认为它们在表面生锈，但在深部地幔中表现为金属。如果是这种情况，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，”Pachhai 说，“这反过来又提供了关于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。”

逆向工程地震波

为了获得清晰的图像，研究人员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。

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