两个奇特的突起物可能有不同的演化史。
非洲下方地幔中的突起物。Mingming Li / ASU
行星内部结构一般是像洋葱那样一圈一圈的,我们的地球也是这样。最外面是薄薄的地壳,十分脆弱,地壳下部是岩圈;往下是厚厚的地幔:地幔分上下两层,两层的物理特性有所不同,上地幔的顶部还有一个软流圈;再往下就是地核:地核分外地核和内地核两层,外地核是液态的,主要成分是铁和镍,内地核是固态的,内外地核之间还可能存在着一个过渡层。
理论上地球的内部构造是这样,但实际上我们行星的内部却有些古怪。近年来科学家通过地震波探测发现,在地幔中,存在着两个巨大的突起结构,就像寄生在地核上的一对瘤子。针对这对瘤子,此前也已经有过多次报道。
这两个突起物的专业名称叫大型低速切变区,每一个都十分巨大,如果投射到地表,它们的面积可以相当于一个洲,而它们的厚度都可达到珠峰的百倍。
两个突起物中的一个在非洲下方,另一个在太平洋下方。两个突起物的形态都是不规则的,结构十分复杂。但除了这些明显的特征,科学家对它们的了解似乎仅止于此。对于它们的来历人们也一无所知。
这种来历不明的东西最让科学家感兴趣。最近,来自亚利桑纳州立大学和地球空间探索学院的科学家动用地质动力模型,并结合已有的地震波数据,对这两个突起物进行了研究。通过研究人们确定了这两个突起物的最大厚度,以及它们的体积、密度和周边地幔物质的黏稠度与它们的厚度之间可能存在的关联性。
结论让人吃惊,人们发现非洲下方的突起物厚度要比太平洋下方的突起物高出大约1000千米。由于体量大,非洲下方的突起物密度要比太平洋下方的突起物密度低,因此稳定性也要差。
研究人员设计并运行了数百个地幔对流模型,穷尽检验了所有可能对突起物厚度有关键性影响的因素,比如突起物的体积,以及突起物与周围物质密度黏稠度的差异等,最终得出了这一结论。
研究结果显示,这两个突起物的成分和演化史不一样:非洲下方的突起物可能是在较近的地质年代中形成的。由于它很厚,因此距离地表也非常近。而这或许可以解释,非洲东部为什么会有抬升型的地表形态,以及强烈的火山活动。
但这两个突起物究竟从何而来?亦或这本身就是地球内部结构的一种形态?它们之间的差异又意味着什么?则依然都是谜。
地球内部结构示意图。
参考
Instability of the African large low-shear-wave-velocity province due to its low intrinsic density
http://dx.doi.org/10.1038/s41561-022-00908-3