最新研究：地球2900米深处的两大“斑块”，或来自45亿年前的天外行星

20世纪80年代，地震学家在地心附近的深处发现了两个“大陆大小”的不寻常“斑块”。

当地震剪切波（横波）在这两片较大区域传播时，其传播速度明显低于平均速度，科学家们因此将其命名为“巨大低剪切波速度区（Large low-shear-velocity provinces，LLSVPs）”，并据此初步推测出地球深处“潜伏”着两个巨大的“异物”。

这两个约月球两倍大的“斑块”位于地球约2900米的深处，即地幔和地核之间的边界（CMB）上方，一个在非洲大陆下面，另一个在太平洋下面。过去多年的研究表明，不同于周围的地幔，这两个“斑块”的铁含量异常高。然而，它们究竟从何起源却一直是未解之谜。

当地时间11月1日，一篇发布于《自然》杂志的最新研究首次揭示了这两个神秘“斑块”的可能出处，它们或是45亿年前一颗“天外行星”的残骸。这颗行星当时曾与地球发生猛烈碰撞，巨大的撞击产生了大量碎片，月球就是其中一片。

“天外行星”45亿年前碰撞后被地球吸收

根据目前科学界的主流理论，月球大约在45亿年前形成，当时，一颗名为忒伊亚（Theia）的古代行星撞上了原始地球。那时的地球还是个“婴儿”，大小只有现在的85%。这次理论上的碰撞令地球和忒伊亚的大部分融化，从而形成一个体积更大的新地球。与此同时，大量的尘埃和岩石被喷射到轨道上聚集，然后形成了月球。

▲“大碰撞”中，忒伊亚（Theia）行星残骸一直存留在地幔深处 阐述图据《自然》杂志

许多科学家认为，这一“大碰撞假说”的理论和场景都是可靠的，但他们仍一直在寻找支持这一理论的证据，尤其是保存至今的剧烈碰撞的特征。在一次关于行星形成的研讨会上，论文第一作者兼通讯作者、美国加州理工学院的地球物理学家钱源（音译）突然闪现了一个念头，众所周知月球的铁含量相对丰富，那么“富含铁的撞击物是否可能已经变成了地幔中的斑块”呢？

在这一假设的基础上，这个包括中美科学家在内的国际研究小组开始将注意力转向深埋在地幔深处的这两个“斑块”。他们利用计算机模拟了忒伊亚的化学成分及其对地球影响的不同情景，以及地球内部因巨大撞击和对流的场景。模拟过程显示，这次碰撞融化了地球的上半部分地幔，使忒伊亚的一大块碎片进一步渗透到地球内部，并逐渐向地核下沉。在接下来的45亿年里，来自忒伊亚的岩石可能因地球内部的对流而四处移动，最终形成了现今的斑点。

最终的结果证实，碰撞的物理过程可能导致忒伊亚行星的大部分被地球“吸收”，形成了“巨大低剪切波速度区”斑块，而其他撞击产生的残余碎片则在地球引力等作用下，在太空合并形成了月球。研究人员认为，这些沉淀在地下2000多米的深处斑点，因铁含量异常高而比周围的地幔岩石密度高2.0%-3.5%，所以其很有可能就是忒伊亚的残骸。

月球是如何形成的第一次有了“实证”？

“月球上似乎有来自撞击前的地球和忒伊亚的物质，但据认为，地球上的忒伊亚残留物都被地球内部数十亿年的动力学（如地幔对流）‘抹去’或同质化了，”亚利桑那州立大学地球与空间探索学院教授史蒂文·德施解释道，“这是第一次有研究表明，忒伊亚的‘碎片’仍然存在于地球内部，位于地核与地幔边界。”

▲45亿年前地球曾与忒伊亚（Theia）行星发生“大碰撞” 阐述图据《自然》杂志

简而言之，“在地球的内部，在我们脚下深处的巨大斑点可能来自外星。地球上不仅有‘斑点’，地球上还有外星的斑点。”亚利桑那州立大学地球与太空探索学院的埃德·加内罗教授说道。

目前，研究人员还需要大量的月球岩石才能确定这些“斑点”是否是忒伊亚的遗迹。而随着目前各国月球计划的推进，研究人员可能会在未来几年内得到来自月球的岩石。

研究报告的合著者、美国地质调查局的特拉维斯·加布里埃尔表示：“通过观察地球内部，我们发现了这场宇宙大灾难的确存在的另一个证据。这项研究确实将地球置于太阳系内部形成的背景下。”

另一名合著者、中国科学院上海天文台邓洪平副研究员则说道：“如果我们能设法从最深处的地幔中恢复一些忒伊亚信号，就可以更好地了解早期太阳系的结构和组成，而不必依赖于当今信号混乱的陨石。”

红星新闻记者 徐缓

编辑 郭宇 责编 官莉