地球核心的兩大神秘突起：非洲與太平洋的差異

我們對地球內部結構的瞭解，主要來自地震產生的地震波，以及它們在不同區域的速度變化和邊界反射現象。其中一個早期的發現是，下地函與地核交界處並非均勻一致，而是存在兩個巨大的區域，地震波在此速度減慢，稱為「大型低速區」（Large-Low-Velocity-Provinces，簡稱LLVPs）。

幾十年來，我們對LLVPs的瞭解僅限於它們的位置——一個位於非洲、西班牙和大西洋部分割槽域下方，另一個則位於太平洋下方——以及它們的大致範圍。然而，近年來研究進展迅速，地質學家認為這些區域是由相對密集的海洋地殼組成，這些地殼從板塊中脫離並被推入地函中。我們還發現，它們的高度可能達到900公里，覆蓋地核超過四分之一的範圍，這意味著這些區域是地球的重要特徵，卻仍未被完全理解。今年初，一些先前神秘的觀測結果被歸因於LLVPs內部的大顆粒結構，這表明它們非常古老。

然而，一直以來，人們認為這兩個LLVPs的組成和起源相似。但根據一項新研究，非洲LLVP的年齡明顯較大，且由混合更均勻的物質組成，而太平洋LLVP則包含大量年輕的海洋地殼，這些地殼被強制推入地球深處。地質學家和天文學家所說的「年輕」，指的是過去3億年內形成的物質。非洲LLVP也從地核表面延伸得更高，這彌補了其較低的密度，因此整體效應在我們的儀器上看起來相對相似。

我們無法從這兩個區域取得樣本，因此這些結論是基於地函內對流驅動迴圈的模型。研究團隊認為，這兩個LLVPs幾乎位於地球的相對兩側並非巧合，而是重力沉降和俯衝地殼在地函中攪動的自然結果。這並未阻止它們的遷移，例如非洲LLVP在過去幾億年中向南移動。

研究的主要作者、卡迪夫大學的James Panton博士表示：「由於數值模擬並非完美，我們針對多種引數執行了多個模型。每次我們都發現太平洋LLVP富含俯衝的海洋地殼，這意味著地球近期的俯衝歷史驅動了這種差異。」研究團隊認為，沿著環太平洋火環帶的俯衝區正在為太平洋LLVP補充被強制推入大陸下方的海洋地殼。而非洲板塊移動速度較慢，因此為下方的LLVP提供的地殼較少。被推入的地殼在長時間下降過程中與地函混合，這至少部分解釋了其較低的密度。

這些發現與先前認為LLVPs是月球形成碰撞遺留物的理論相矛盾。儘管只有兩個LLVPs，並且已有大量研究，但這些差異並未被早期發現。研究團隊表示，這是因為它們共享相同的溫度，而溫度是影響地震波速度的最重要因素。牛津大學的共同作者Paula Koelemeijer博士指出：「這兩個LLVPs在組成上不同，但溫度相同，這是關鍵所在，也解釋了為什麼它們在地震波上看起來相似。此外，看到地球表面板塊運動與地底3,000公里深處結構之間的聯絡，令人著迷。」

雖然LLVPs遠離我們，但它們仍可能對我們產生影響。特別是，它們阻止熱量均勻地從地核逃逸到地函，這反過來促進了外核的對流，驅動了我們所依賴的地磁場。還有一些初步證據表明，它們可能與超級火山的形成有關。這項研究已發表在《科學報告》期刊上，並開放存取。