地球深處的兩大神秘結構：改寫地質歷史的新發現

在地球的地函深處，存在著兩個巨大的結構，稱為「大型低速區」（LLVPs）。過去科學家認為這兩個區域性質相似，但最新研究卻揭示了它們截然不同的組成與歷史。這項突破性的發現不僅挑戰了長久以來的假設，更為地球內部運作的研究開啟了新的篇章。

位於太平洋下方的LLVP較為年輕，由於靠近活躍的隱沒帶，富含海洋地殼物質；而非洲下方的LLVP則較為古老且結構鬆散。這兩個深層結構可能影響地球的磁場，甚至對其穩定性產生潛在影響。這項研究由卡地夫大學、牛津大學、布里斯托大學及密西根大學的團隊共同發表於《科學報告》期刊。

地震學家長期以來透過分析地震波在地球內部傳播速度的差異，來描繪地球的內部結構，這與電腦斷層掃描（CT）成像人體的原理相似。在地函深處——位於地球鐵質核心與岩石地殼之間的層次——存在著兩個巨大的區域，分別位於太平洋與非洲下方，地震波在此傳播速度明顯減緩。這些被稱為LLVP的結構比大陸還要龐大，高度可達900公里，橫跨數千公里。

過去普遍認為，LLVP是由隱沒帶推入地函的海洋地殼物質所組成，這些物質經過數百萬年的攪動與累積，最終形成LLVP。由於地震波在這兩個區域的傳播方式相似，科學家通常假設它們的化學組成與年齡相近。然而，牛津大學地球科學系的Paula Koelemeijer博士參與的最新研究，透過模擬LLVP的形成過程，挑戰了這一觀點。

研究團隊結合地函對流模型與過去十億年板塊運動的重建，發現非洲LLVP由較古老且混合均勻的物質組成，而太平洋LLVP則含有更多年輕的隱沒海洋地殼物質，其組成與周圍地函差異更大。這種密度差異也解釋了為何非洲LLVP比太平洋LLVP更為鬆散且更高。

卡地夫大學的首席作者James Panton博士指出，由於數值模擬並非完美，研究團隊針對多種引數進行了多次模擬，結果一致顯示太平洋LLVP富含隱沒海洋地殼物質，這表明地球近期的隱沒歷史是造成兩者差異的主因。研究模型還顯示，自3億年前以來，太平洋LLVP持續被新鮮的海洋地殼物質補充，因為它被「環太平洋火環帶」的隱沒帶所包圍。相比之下，非洲LLVP並未以相同速率接收新物質，且其物質與周圍地函混合更為均勻，降低了密度。

過去這些差異被忽略，因為溫度是影響地震波傳播速度的主要因素。然而，這項研究模型顯示，兩個LLVP的溫度實際相同，這解釋了為何它們在地震波觀測中看起來相似。這也凸顯了結合不同科學領域來深入研究地球內部運作的重要性。

牛津大學的Paula Koelemeijer博士表示，這兩個LLVP在組成上不同，但溫度相同，這正是關鍵所在，也解釋了它們為何在地震波觀測中看似相同。更令人著迷的是，這項研究揭示了地球表面板塊運動與深達3000公里處結構之間的關聯。

LLVP的高溫及其位於地球深層的位置，意味著它們影響著地核熱量的釋放。這進一步影響外核的對流過程，而這正是驅動地球磁場並保護地表免受有害宇宙射線影響的關鍵機制。如果非洲與太平洋LLVP存在差異，熱量的釋放可能不再對稱，這可能導致磁場不穩定。

因此，理解LLVP的結構及其如何影響地核熱量釋放至關重要。科學家現在需要在深層地球模型中考慮這種地函密度的不對稱性，這對觀測資料提出了挑戰，因為這些資料通常僅提供地球對稱結構的資訊。

Koelemeijer博士補充道：「我們現在需要尋找能夠約束這種密度不對稱性的資料，例如利用地球重力場的觀測結果。」