地壳下奇怪的斑点可能是古代岩浆海洋的残留物？

在地幔深处的神秘斑点可能是矿物沉淀从古代岩浆海洋形成的碰撞。这些被称为超低速度带的物体，在地幔深处靠近地核的地方被发现。它们之所以为人所知，只是因为当地震产生的地震波穿过它们时，地震波会急剧地减慢。这表明这些斑点在某种程度上不同于地幔的其他部分，但没有人知道是怎么回事。现在新的研究表明这些斑点可能是一种富含氧化铁的矿物，叫做镁橄榄石。如果是这样的话，它们的存在将暗示著一个可能在45亿年前就存在的前岩浆海洋

博科园-科学科普：当时一大块太空岩石撞击地球，分离出后来成为月球的物质，并可能融化地球的大部分。加州理工学院的矿物物理学教授詹妮弗杰克逊说：如果人们能确定这些斑块中确实含有一定量的镁矿，这将表明存在着岩浆海洋，它以这种方式结晶，富含铁的氧化物沉淀出来，并沉入地幔底部（该研究的负责人詹妮弗杰克逊(JenniferJackson)是加州理工学院(California Institute Of Technology)的矿物物理学教授）。

奇怪的斑点

地幔大约1800英里(2900公里)厚，超低速度带不到1英里，宽达62英里(100公里)厚。它们能使通过它们的地震波从30%减慢到50%。直接研究这些奇怪的斑点是不可能的，所以不得不模拟地球表面深层地幔的压力。为了查明矿物镁橄榄石是否具有超微速度区所见的那种性质，研究人员取了一小块矿物样本，把它放在一个压力室里，用一对钻石砧把它使劲挤压，整个加压装置小到可以放在手掌中。研究人员从不同的角度对样本进行x射线轰击，然后在离开样本时测量x射线的能量，寻找与矿物晶体结构的相互作用如何改变它们。

在压力下

研究发现高压改变了一切。在大气压下，从镁质样品中发出的波总是一样的，不管它们穿过晶体的方向是什么。然而在核-地幔边界压力下，波的传播方向非常重要。波通过晶体的速度可能相差60%，这取决于它通过的方式。穿过该矿物的横波在一个方向上的速度略小于每秒1.8英里(3公里/秒)，在另一个方向上的速度略大于每秒3.1英里(5公里/秒)。大气压力下的波（沿着晶体结构的边缘）传播的最快方向是在核-地幔压力下波传播的最慢方向。在岩心-地幔压力下，最快的传播方向是在实验室中穿过晶体表面。

图片：Vadim Sadovski/Shutterstock

这些波传播方式的差异取决于方向和晶体结构，被称为各向异性。这对真正的地幔意味着什么？在那里也观察到了各向异性，没有人真正研究过超微速度带是否具有这些特征，但我们有理由认为它们可能存在。如果冷却-岩浆-海洋理论是正确的，并且地幔深处存在镁橄榄岩，那么在俯冲过程中，大陆地壳被推入地幔深处，将其推压、挤压、推入各向异性的结构中（俯冲是指一块地壳向另一块地壳下挤压，然后潜入地幔，就像今天加州海岸发生的那样）。

如果能找到它，这将是一个很好的证据，表明这种古老的板块俯冲和包含这种富铁氧化物的超低速度带之间的相互作用。现在杰克逊希望与地震学家合作，看看进入超低速度区的地震波是否会因行进方向的不同而产生不同的结果，这将进一步支持magnesiowustite假说。这种由板块形成的矿物的存在，可以让我们了解地球岩浆海洋及其结晶。其研究发表在《地球物理研究杂志:固体地球》上。

博科园-科学科普｜参考期刊文献 :《Journal of Geophysical Research》｜文：Stephanie Pappas/LiveScience｜DOI：doi.org/10.1029/2017JB015349

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