在非洲和太平洋中部地下的深处，存在着地质学上的神秘聚集区——位于地幔底部，距离地表近1800英里（2890公里）。科学家们通常利用地震产生的地震波来探查地球内部。但在这些区域，地震波会减慢，仿佛被困在果冻中，因此这种方法并非特别有启发性。
这些可能宽达数百公里的区域被称为超低速带（ULVZs），其起源至今仍是个谜。但现在，一个地质学家团队有了一个想法。通过模拟这些神秘区域的形成，地质学家们发现，这些地貌实际上是数十亿年前沉降到地幔底部的古老物质块。
研究人员于12月30日在《Nature Geophysics》上发表了他们的研究成果。如果他们的模拟是真实的，那么超低速带可能就是早期地球状况的窗口。
“让我着迷的是，它们是地幔最底部如此奇特的地貌，”犹他大学地质学家、论文作者之一的Michael Thorne说。
多年来，科学家们一直不确定超低速带到底是什么，或者是什么形成的。这些区域位于地幔底部，也就是外核的边缘。科学家们知道这些区域比周围的地幔密度大得多，但这只会引发更多问题。
“我们可以在地幔下部许多不同的地方看到这些地貌，但我们仍然不知道关于它们的许多基本问题的答案，”Thorne说。据他介绍，我们不知道它们是由什么构成的，它们有多大，甚至它们都位于何处。
了解它们的形成过程可以回答其中一些问题。“超低速带的物理性质与其起源有关，”犹他大学地球物理学家、另一位论文作者Surya Pachhai在一份声明中表示。
不幸的是，它们的起源就像其他关于它们的事情一样模糊。一些科学家认为，超低速带可能是火山热点岩浆的来源，因为它们位于太平洋夏威夷和萨摩亚火山之下。但许多其他已知的超低速带与火山并不一致，因此这种说法似乎不太合理。
大多数关于超低速带的理论都假设它们是由某一层单一物质构成的。但这一点远非确定，而一个有多层结构的超低速带将具有截然不同的性质。
Thorne、Pachhai及其同事将研究重点放在了一个超低速带区域：位于澳大利亚东北部珊瑚海深处，那里是大堡礁的所在地。这是一个理想的地点，因为那里地震频发。这些地震提供了大量的地震波，科学家们可以用它们来描绘地球内部的图像。
然而，他们观察到的地震波信号，来自地表数千英里以下，甚至比最深的海底还要深，只能提供模糊不清、不确定的超低速带图像，因此科学家们转向了模拟。他们创建了包含超低速带的地球内部理论模型，并模拟了地震波穿过这些区域的颤动，以确定这些地震波在虚拟地球的观察者眼中会是什么样子。在多种条件下运行模拟，他们将结果与在珊瑚海下方观察到的情况进行比较，以查看每个模型匹配的程度。
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“最令人震惊的事情之一是，Surya发现了证据表明超低速带是分层的，”Thorne说。
他们研究的最佳匹配对应于一种情况，即超低速带不是单层，而是多层。Pachhai表示，据他们所知，这是第一个显示出这一证据的研究。
他们的模型还表明，这些层并不均匀。它们的成分和结构存在很多不均匀性。研究人员认为，这些层一定形成于地球历史的早期。
Pachhai说：“经过45亿年的地幔对流，它们仍然没有很好地混合。”
研究人员认为，这可能与地球早期的一次大灾难有关。45亿年前，一颗被称为“忒伊亚”（Theia）的行星撞击了地球——这次撞击可能将一团碎片抛射出去，后来这些碎片凝聚成了月球。
撞击产生的巨大能量会从地球上剥离一大块物质，并留下一个混合了熔岩的海洋，其中充满了各种气体和晶体。当这个海洋冷却并自行分层，形成今天的地幔和地壳时，更重的物质可能会沉到底部而没有混合。
那么，这些致密的物质就构成了今天超低速带的基础。
当然，这只是一个理论，而且仅限于地球上的一个地点。研究人员表示，通过更深入地了解超低速带的细节，他们可以更多地了解那个古老的岩浆海洋是什么样的。
Thorne说：“尽管还有许多未解之谜，但基础发现的空间仍然很大，而这正是我不断被吸引来研究它们的动力——有可能为我们关于地球构成及其运作方式的基本知识做出贡献。”
