地球深部地幔中的大型低速帶可能是Theian地幔物質(zhì)的遺跡。鳴謝:uux.cn/鄧紅平和杭州環(huán)球工作室
（神秘的內(nèi)部能形地球uux.cn）據(jù)中國科學(xué)院：一個跨學(xué)科的國際研究小組最近發(fā)現(xiàn)，地球內(nèi)部深處的常可成月上海包夜外圍（電話微信199-7144-9724）一二線城市模特空姐網(wǎng)紅學(xué)生上門一個巨大異常可能是大約45億年前形成月球的碰撞的殘余。
這項研究不僅對地球的碰撞內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而且對其長期演化和內(nèi)太陽系的地球地幔的巨大異的殘形成提供了重要的新見解。
這項研究依賴于中國科學(xué)院上海天文臺(邵)鄧鴻平教授開創(chuàng)的內(nèi)部能形計算流體力學(xué)方法，作為11月2日《自然》雜志的常可成月專題封面發(fā)表。
對于幾代科學(xué)家來說，碰撞月球的地球地幔的巨大異的殘形成一直是個謎。主流理論認(rèn)為，內(nèi)部能形在大約45億年前地球增長的常可成月后期階段，原始地球(蓋亞)和火星大小的碰撞上海包夜外圍（電話微信199-7144-9724）一二線城市模特空姐網(wǎng)紅學(xué)生上門原行星忒伊亞之間發(fā)生了一次大規(guī)模的碰撞，稱為“巨大撞擊”。地球地幔的巨大異的殘月球被認(rèn)為是內(nèi)部能形由這次碰撞產(chǎn)生的碎片形成的。
數(shù)值模擬表明，常可成月月球很可能主要從忒伊亞那里繼承了物質(zhì)，而蓋亞由于質(zhì)量大得多，只受到了Theian物質(zhì)的輕度污染。
由于蓋亞和忒伊亞是相對獨立的構(gòu)造，由不同的物質(zhì)組成，這一理論表明，月球——由忒伊亞物質(zhì)主導(dǎo)——和地球——由蓋亞物質(zhì)主導(dǎo)——應(yīng)該有不同的組成。然而，高精度的同位素測量后來揭示了地球和月球的成分非常相似，從而挑戰(zhàn)了月球形成的傳統(tǒng)理論。
盡管后來提出了各種改進(jìn)的巨型撞擊模型，但它們都面臨著挑戰(zhàn)。
為了進(jìn)一步完善月球形成的理論，鄧教授于2017年開始對月球的形成進(jìn)行研究。他專注于開發(fā)一種新的計算流體動力學(xué)方法，稱為無網(wǎng)格有限質(zhì)量(MFM)，擅長精確模擬湍流和物質(zhì)混合。
鄧教授利用這種新的研究方法，對大規(guī)模撞擊進(jìn)行了多次模擬，發(fā)現(xiàn)早期地球在撞擊后出現(xiàn)地幔分層，上地幔和下地幔具有不同的組成和狀態(tài)。具體來說，上地幔以巖漿海洋為特色，通過來自蓋亞和忒伊亞的物質(zhì)的徹底混合而形成，而下地幔基本上保持固態(tài)，并保留了蓋亞的物質(zhì)組成。
“以前的研究過分強調(diào)碎片盤(月球的前身)的結(jié)構(gòu)，而忽略了大碰撞對早期地球的影響，”鄧說。
在與蘇黎世瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的地球物理學(xué)家討論后，鄧教授及其合作者認(rèn)識到，這種地幔分層可能一直持續(xù)到今天，與中地幔(位于地球表面下約1000公里處)的全球地震反射體相對應(yīng)。
具體來說，根據(jù)鄧教授之前的研究，地球的整個下地幔可能仍然由撞擊前的蓋安物質(zhì)所主導(dǎo)，該物質(zhì)與上地幔具有不同的元素組成(包括更高的硅含量)。
“我們的發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了大撞擊導(dǎo)致早期地球同質(zhì)化的傳統(tǒng)觀念，”鄧教授說。“相反，形成月球的巨大撞擊似乎是早期地幔不均勻性的起源，并標(biāo)志著45億年來地球地質(zhì)演化的起點。”
地球地幔不均勻性的另一個例子是兩個異常區(qū)域——稱為大低速區(qū)(llvp)——在地幔底部延伸數(shù)千公里。一個位于非洲板塊之下，另一個位于太平洋板塊之下。當(dāng)?shù)卣鸩ù┻^這些區(qū)域時，波速會顯著降低。
LLVPs對地幔的演化、超大陸的分離和聚集以及地球的構(gòu)造板塊結(jié)構(gòu)有著重要的意義。然而，它們的起源仍然是個謎。
來自加州理工學(xué)院的錢媛博士和他的合作者提出，LLVPs可能是由少量進(jìn)入蓋亞下地幔的Theian物質(zhì)演化而來的。隨后，他們邀請了鄧教授來探索大撞擊后地球深部物質(zhì)的分布和狀態(tài)。
通過對之前的巨型撞擊模擬進(jìn)行深入分析，并通過進(jìn)行更高精度的新模擬，研究小組發(fā)現(xiàn)大量的Theian地幔物質(zhì)，約占地球質(zhì)量的2%，進(jìn)入了Gaia的下地幔。
鄧教授隨后邀請計算天體物理學(xué)家Jacob Kegerreis博士使用傳統(tǒng)的光滑粒子流體動力學(xué)(SPH)方法來證實這一結(jié)論。
研究小組還計算出，這種與月球巖石類似的Theian地幔物質(zhì)富含鐵，使其密度高于周圍的Gaian物質(zhì)。結(jié)果，它迅速沉入地幔底部，并在長期的地幔對流過程中，形成了兩個顯著的LLVP區(qū)。這些LLVPs在45億年的地質(zhì)演化中一直保持穩(wěn)定。
深部地幔的不均勻性，無論是在中地幔反射體還是在底部的LLVPs中，都表明地球內(nèi)部遠(yuǎn)不是一個統(tǒng)一的“無聊”的系統(tǒng)。事實上，少量深層的不均勻性可以通過地幔柱帶到地表，地幔柱是由地幔對流引起的圓柱形上涌熱流，例如可能形成夏威夷和冰島的地幔柱。
例如，地球化學(xué)家在研究冰島玄武巖樣本中稀有氣體的同位素比率時發(fā)現(xiàn)，這些樣本中含有不同于典型地表物質(zhì)的成分。這些成分是45億年前地幔深處不均勻性的殘余，是理解地球初始狀態(tài)甚至附近行星形成的關(guān)鍵。
據(jù)袁博士介紹，“通過對更大范圍巖石樣本的精確分析，結(jié)合更精細(xì)的巨型撞擊模型和地球演化模型，我們可以推斷原始地球、蓋亞和的物質(zhì)組成和軌道動力學(xué)。這使我們能夠約束內(nèi)太陽系形成的整個歷史。”
鄧教授認(rèn)為當(dāng)前的研究有更廣泛的作用。“這項研究甚至為理解太陽系以外系外行星的形成和可居住性提供了靈感。”

(責(zé)任編輯：休閑)