科学家们揭示，地球深层地幔中的两个大陆大小区域具有独特的历史和化学成分，这与它们是相同的常见假设相反。
一项由卡迪夫大学、牛津大学、布里斯托大学和密歇根大学的研究人员领导的新研究揭示，地球深层地幔中的两个大陆大小区域具有独特的历史和化学成分，这与它们是相同的常见假设相反。这些发现已在《科学报告》期刊上发表。
地震学家早已知道，由地震产生的地震波并不是在地球内部的所有部分以相同的速度传播。这个原理使他们能够通过类似于医学成像中使用的CT扫描的技术，来可视化我们星球的内部，甚至是人类无法到达的深度。
在地幔深处（地球铁心和以硅为主的地壳之间的层），太平洋和非洲大陆下方有广阔区域，地震波的传播速度远低于平均水平。这些被称为“大低速省”（LLVP）的区域比大陆还要大，最高可达900公里，宽度可达数千公里。
一个常见的假设是，LLVP由在俯冲带被推入地幔的海洋地壳组成。这些地壳物质在数百万年内被搅拌到地幔中，并积累形成LLVP。
研究人员通常假设这两个LLVP在性质上是相似的，例如化学成分和年龄，因为地震波在它们中传播的方式相似。但一项由牛津大学地球科学系的保拉·科勒梅耶博士共同撰写的新研究，通过模拟LLVP随时间的形成，挑战了这一观点。
通过结合地幔对流模型，并重建过去十亿年间构造板块在地球表面的运动，研究表明，非洲LLVP由较旧且混合更好的物质组成，而太平洋LLVP则含有多50%和更年轻的俯冲海洋地壳（因此与周围的地幔更为不同）。这导致的密度差异也可以解释为什么非洲LLVP比太平洋LLVP更弥散和更高。
“由于数值模拟并不是完美的，我们对于各种参数进行了多次建模。每次我们发现太平洋LLVP富含俯冲的海洋地壳，这意味着地球最近的俯冲历史正在驱动这一差异。”——研究主作者詹姆斯·潘顿博士（卡迪夫大学）
本研究的模型还显示，自3亿年前以来，太平洋LLVP一直持续地补充新鲜的海洋地壳物质，因为它的表面被一个称为太平洋火环的俯冲带圈住。相比之下，非洲LLVP没有以相同的速度获得新物质，且这些物质与周围的地幔混合得更多，从而降低了其密度。
直到现在，这些差异一直被忽视，因为温度是控制地震波在物质中传播速度的主要因素。本研究中呈现的模型表明，这两个LLVP实际上具有相同的温度，这解释了为什么它们在地震上看似相似。这突显了结合不同科学学科的重要性，以深入研究我们星球的内部运作。
“这两个LLVP在成分上存在差异但在温度上没有差异是这个故事的关键，解释了它们在地震上似乎相同的原因。看到地球表面板块运动与地球深层3000公里结构之间的联系也十分令人着迷。”——保拉·科勒梅耶博士（牛津大学），本研究的共同作者
LLVP的高温以及它们在地球深层两侧的定位意味着它们影响热量从地球核心的提取。这影响外核的对流——一个驱动磁场并在表面保护我们免受有害宇宙射线影响的过程。如果非洲和太平洋LLVP存在差异，那么热量可能不再以对称的方式被提取，这可能导致磁场不稳定。这使得了解LLVP的结构及其如何影响核心的热量提取变得重要。科学家们现在需要在他们的深地球模型中考虑这种地幔密度的不对称性。这给观测带来了挑战，因为用于分析的数据通常只提供关于地球对称结构的信息。
科勒梅耶博士补充道：“我们现在需要寻找能够限制提议的密度不对称性的数据，例如使用地球重力场的观测。”
