上世紀 80 年代，科學家通過對地震波的分析在地球深處的地幔中發現了兩塊不尋常的結構。這兩塊結構大小和月球相當，一塊位于太平洋板塊下方，另一塊位于對面的非洲大陸下方。這兩塊巨型結構推測含有更多的鐵，密度明顯比周圍地幔要高。原本應該均勻分布的地幔，為何會出現兩塊“鐵疙瘩”，這個問題多年來一直困擾著科學家們。

自從望遠鏡被發明以來，人們對外太空的了解遠遠超過了對地球內部的了解。畢竟往上看沒東西擋著，只是距離稍微遠了一點，但是往下看就沒那么容易了，要想一窺究竟除了鉆探似乎別無他法。

有人可能會想：“不就打洞嘛，能有多難？”

不得不說，一開始科學家也低估了這項工作的難度。早在上個世紀，前蘇聯就開展過一系列科學鉆探工作。從 1970 年開始，人們花了將近 10 年時間才讓鉆探深度突破 10000 米大關。后來又花了大概 10 年，鉆探深度達到了 12262 米，此后便再也無法取得突破，這一記錄也一直保持到了今天。可是這點深度連地球最外層的地殼都還沒鉆透，真的是體會到什么叫“上天容易入地難”。

雖然厚厚的地殼阻擋了我們窺探地層深處的奧秘，但是作為介質，巖石它可以承載振動。所以雖然無法“眼見為實”，但是通過對地震波的分析，我們至少能對地球內部有個大致的了解。后來人們果然從地震波中探測到了一些異樣。

上世紀 80 年代科學家發現，地震波在下層地幔的某些地方似乎遇到了阻力，傳播速度變慢了。通過測算，阻力主要集中在太平洋板塊和非洲板塊下方。這兩個地方似乎有兩個異常巨大的“斑塊”，大到占據了整個地幔的 8%，因此人們稱它們為“大型低速體（LLVPs）”。

關于這兩個巨型“斑塊”的起源，科學家們提出過幾種假設。首先，這些位于地幔深處的結構從時間上來說肯定非常古老，或許可以追溯到幾十億年前地球剛剛形成的時候。當時的地球尚處于熔融狀態，表面遍布著巖漿。既然表面都是熔巖，可想而知此時的地幔更是一片巖漿海洋。于是科學家們最初的想法是，液態地幔由于混入了一些雜質，與周圍區域產生了一定差異。之后隨著慢慢冷卻，地幔中的雜質在還未充分混合前便被固化了下來，于是便形成了今天的“斑塊”。

另一種更主流的觀點認為，這兩個“斑塊”的形成可能和地球板塊的運動有關。在這種觀點中，這些大型結構出現的沒那么早，它們是在幾億年前隨著地殼板塊的漂移撞擊而形成的。當板塊和板塊相互碰撞時，有些地殼被擠壓下沉到了地幔底部，隨后便形成了后來的“斑塊”。

還有一種觀點也認為這兩個結構可能是在地球形成很久之后出現的，不過鑒于它們出現在地幔的最下層，緊挨著地核，所以它們可能是由于地核中的鐵滲出到了地幔中導致的。

除了以上三種猜測外，近些年關于這兩個“斑塊”的起源又多了一種更大膽的猜測 —— 它們或許是地外天體忒伊亞的遺跡！沒錯，就是那個關于月球誕生的“大碰撞”假說中的遠古天體。

大約 45 億年前，也就是太陽系剛形成后一億年左右，當時一顆火星大小的行星與原始地球發生了碰撞。這次碰撞不但使地球的自轉軸發生了傾斜，過程中產生的碎片還直接促使了月球的誕生，因此人們以月亮女神之母的名字稱呼該行星為“忒伊亞”。

雖然有諸多證據都支持“大碰撞”假說，但是目前它仍然面臨著一些挑戰，其中最大的問題就是：為什么月球和地球在同位素方面有著驚人的相似度。

因為受太陽風影響，不同天體的元素含量肯定會有些許差異。而形成月球的材料普遍認為主要來源于忒伊亞，所以按理來說月球的成分應該和地球有著很大不同。但是后來所有的同位素測試都表明，地球和月球似乎是同源的。

為了堵上理論的漏洞，后來科學家們又提出了許多“大碰撞”假說的改進版，只不過目前都缺少實際證據。然而近些年有科學家意識到，先前地幔中發現的讓人疑惑的那兩個“斑塊”，或許正是“大碰撞”假說的首個證據。

最新理論認為，當初忒伊亞與早期地球碰撞后，撞擊產生的高溫直接將忒伊亞融化。于是忒伊亞的物質與地球的上層地幔以熔融狀態充分混合在一起，但下層地幔仍然主要為固態，保留了原始地球的成分。之后部分混合物被甩了出來，其中一部分脫離了地球的洛希極限，慢慢形成了月球，而另一部分則落回了地球。也就是說，月球可能并不是想象的那樣完全由忒伊亞的碎片構成，而是由忒伊亞參雜了地球物質的混合物形成。

更關鍵的地方在于，雖然忒伊亞在碰撞中被融化且與地幔物質混合在一起，但由于它的密度比較大，以至于部分忒伊亞物質“沉淀”到了地幔巖漿流的底部被固態封存起來，從而形成了后來巨大的“斑塊”結構。某種程度上來說，這兩塊大型低速體“斑塊”其實并非原始地球的產物，而是來自忒伊亞行星的遺跡。

這個理論除了邏輯上說得通外，研究人員同時也給出了一些證據。比如通過對從此處地幔噴射到表層物質的化學分析，那里的元素確實和其他地幔不太一樣。另外根據理論模型，研究人員通過計算機模擬地幔運動，模擬結果也確實產生了兩個與實際類似的“斑塊”。

話說這些“斑塊”除了奇怪一些，它們對我們人類應該沒什么影響吧？其實不然，它們雖然看起來位于地球內部深層的地幔之下，但是它們的存在對整個地球來說都有著深遠影響。

比如我們知道，全世界大部分的火山都分布在板塊交界處。但奇怪的是，有一些非常活躍的火山卻并不在這種地方。比如夏威夷群島所在的北太平洋，這里擁有許多活火山，甚至很多島嶼的形成就是由于海底火山的原因。可是這里位于太平洋板塊的正中間，離板塊交界處遠得很，怎么會有這么多活火山存在呢？

原本人們只知道，這里的火山是由于地幔中存在一種垂直向上被稱為“地幔柱”的“熱管道”，地底深處的巖漿就是順著這些“管道”冒出來的。后來又發現，這些“管道”似乎正好位于的是太平洋大型低速體的邊緣。不管是因為“斑塊”的存在導致了“管道”的出現，還是說這里的地質運動本來就比較劇烈，從而把“斑塊”推到了當前位置，總之它們之間似乎應該有著什么連系。

不過“非同尋常的觀點需要非同尋常的證據”，后續研究人員還需要尋找更多的證據來印證他們的觀點。比如除了基于地球的勘探，對月球內部的采樣同樣對接開最終謎團至關重要。最后，這項研究雖然針對的是地月系統，但它不僅僅是為了搞清楚月球包括地球的起源，同時它也可以為日后尋找宜居的系外行星提供線索。

參考資料：

• [1] https://en.wikipedia.org/wiki/Kola_Superdeep_Borehole

• [2] https://en.wikipedia.org/wiki/Large_low-shear-velocity_provinces

• [3] https://en.wikipedia.org/wiki/Theia_(planet)

• [4] https://en.wikipedia.org/wiki/Giant-impact_hypothesis

• [5] https://www.cas.cn/syky/202310/t20231030_4983318.shtml

• [6] https://www.caltech.edu/about/news/the-remains-of-an-ancient-planet-lie-deep-within-earth

• [7] https://www.sci.news/space/theia-earth-mantle-12412.html

• [8] https://www.youtube.com/watch?ab_channel=caltech&v=k4dQW_fUgik

• [9] https://www.bbc.com/future/article/20220510-why-are-there-continent-sized-blobs-in-the-deep-earth

• [10] https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2021/pdf/1980.pdf

• [11] https://www.nature.com/articles/s41586-023-06589-1

本文來自微信公眾號：Linvo 說宇宙 （ID：linvo001），作者：Linvo

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總結

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