圖片來源：動圖截圖/OLENA SHMAHALO / QUANTA MAGAZINE
幾十年前，科學家們首次利用地震的回聲繪製出地球深處的地圖。他們不只是找到了你可能在小學課本上看到的洋蔥層——地核和被開裂的地殼覆蓋的地幔。相反，他們看到了兩個巨大的、異常的模糊輪廓，仿佛來自深淵中未知形狀的凝視。
多年來，更精細的地圖不斷顯示出同樣的團塊狀特徵。一個蜷縮在非洲下面;另一個窩在太平洋下面。它們潛伏在地球熔化的鐵核與巖石地幔相遇的地方，像地下世界的巨型大陸一樣漂浮著。它們的最高點可能超過珠穆朗瑪峰高度的100倍。如果你把它們帶到地表，上帝保佑，它們包含的物質足夠覆蓋整個地球，形成一個大約100公裡深的熔巖湖。
「這就像在天空中冒出一個物體，然後問，『那是月亮嗎?人們會說，不是。『那是太陽嗎?』不是。『那這是什麼? 』我們不知道!」馬裡蘭大學的地震學家Vedran Lekić說，「不管它是什麼，它與地球的進化密切相關。」
這些龐大的、隱藏的地震特徵的第一個謎團是，它們是否由不同於地球地幔其他部分的物質構成。第二：這些圖案是如何在我們的表層世界留下痕跡的?
這兩個謎團都沒有解決。但近年來，許多地球科學家開始提出這樣的觀點：這些模糊的形狀是一堆堆密密麻麻、冒著煙的巖石，可追溯到地球的開端。過去一年的多項研究認為，它們持續的影響可能是夏威夷等火山熱點長期令人困惑的模式的原因。
「這些是地球上最大的東西。」亞利桑那州立大學的地震學家埃德·加內洛(Ed Garnero)說，「直到最近我才開始思考，『哇，它們的影響可能是超級深遠的』。」
核心問題
如果一個萬能的科學插畫家把地球切成兩半，他們首先需要把我們賴以生存的薄薄的地殼切開，地殼被分成移動的構造板塊。然後穿過巖石地幔。只有在地下2900公裡處，也就是離地心一半的地方，他們才會碰到地核-地幔邊界。
為了繪製那部分地球的地圖，地震學家利用地震釋放的波。當波浪向外振動時，它們的速度取決於所經過的物質。這導致它們在不同的時間到達不同的監測站。1984年，哈佛大學研究員亞當·季旺斯基(Adam Dziewonski)首次將許多不同地震的數據整合成一張全球地圖。這兩個團塊立刻出現了，像星戰中萊婭公主小圓麵包式頭髮一樣附著在兩邊的核上。
在這些地區，地震波似乎變慢了，這表明這些團塊比周圍的地幔要熱。我們怎麼知道的?巖石受熱膨脹。加內洛說，這使得海浪在溫暖的地區緩慢移動，就像在鬆散的吉他弦中緩慢移動的振動一樣。
緩慢的波給這些團塊一個正式的名字:大型低剪切波速度塊體(large low-shear-velocity provinces)，或者LLSVPs。也許命名拗口，縮寫又太低調，相關話題並不多。劍橋大學的地震學家Sanne Cottaar說:「都怪我們，因為我們錯誤地命名了這個特徵。」
起初，地球科學家在考慮這些溫暖的團塊時認為，它們的一個明顯特徵——溫暖。這個學派認為，這些團狀物主要是熱特徵。隨著時間的推移，地幔就像一個難以忍受的緩慢沸騰的水鍋。而熱量來自於地幔接觸地核的底部，這種熱量導致地幔中的巖石以羽流的形式上升。地震學家們在繪製地震團塊的時候，可能只是看到了世界上最大的熱羽流的模糊基底區域。
在這種觀點下，這些團狀物主要由與地幔其餘部分相同的物質組成。它們的位置是由上面的板塊構造決定的，而不是由這些區域的任何固有的和令人毛骨悚然的東西決定的。當地殼中的一個板塊被推到另一個板塊之下，這個過程被稱為俯衝，它就會下沉，把較冷的巖石送入地幔。
然而，倫敦帝國理工學院的Saskia Goes說，在過去的幾億年間，還沒有板塊俯衝過這些團塊區域。「正是因為缺少冷的物質，才使得它們相對來說比較熱。」
與此同時，反對這種觀點的學派並不懷疑熱團區域會升起羽流。他們只是爭辯說，這些團塊本身是特別的。
自2000年代中期以來，幾個地震學家小組研究了剛好掠過這些區域邊緣的地震信號。這些信號顯示出複雜的模式，表明波浪掠過了一個相對清晰的邊界。這表明團塊的邊緣標誌著材料之間的轉變，而不僅僅是溫度。
在這種觀點下，這些團塊就是所謂的熱化學堆，即具有獨特化學成分的密集巖石塊。由於它們與地核的長期接觸，溫度比地幔的其他部分要高，這就導致了羽流的出現。
假設這些團塊是不同的，它們可能非常古老——地球嬰兒時期的最後殘存物。一個主要的觀點是，當整個下地幔是巖漿海洋時，這些團塊形成了，就在地球誕生後不久。巴黎高等師範學院(Ecole Normale Superieure)的尼古拉斯•科爾蒂斯(Nicolas Coltice)表示，巖石開始冷卻並結晶，但鐵仍在巖漿海洋中熔化。然後，當最後的巖漿渣結晶時，變得非常稠密並且富含鐵，促使它們下沉到地幔的底部，形成了這些團塊。
在這一階段，這些團塊可能挺過了早期行星上最大的災難:一個假設的撞擊，一個火星大小的物體，叫做忒伊亞，最終誕生了月球。或者，加內羅推測，這些密集而獨特的石堆甚至可能是忒伊亞本身的碎片，永遠埋在地下深處。
從純熱學的觀點來看，板塊構造是世界上真正的運動者和振動者，決定著上升流發生的位置。但是熱化學堆的陣營相信，熱的、重的、穩定的團塊會與地表構造系統有更多的來回對話。下沉板塊的寒流會像橡皮泥一樣把這些氣泡推來推去;反過來，來自熱團的上升流會把板塊推回去。
熱點難題
為了測試這些團塊對操控地球這艘物理飛船有何作用，科學家們將目光投向了夏威夷。在過去的一年裡，研究人員利用這些團塊來解決兩個長期存在的謎題。
首先考慮夏威夷-皇帝島鏈，由一段島嶼和水下山脈組成。這條神奇的山脈從仍在生長的大島開始，全長6200公裡，在俄羅斯附近結束。地質學家長期以來一直將這條鏈條解釋為一個熱點:當太平洋板塊在固定的地幔柱上滑動時，羽流從下方向上推動新的火山島。
唯一的問題是拐彎處，在這個鏈條的中間是一個60度的扭結。地球物理學家認為，這種彎曲來自很久以前板塊運動的變化。
但是，一個研究小組去年7月提出，為了實際符合所有的數據，羽流也必須移動。為此，他們將原因歸結於團塊。
這篇新論文的合著者、羅切斯特大學的約翰·塔杜諾(John Tarduno)說，此前的研究表明，夏威夷的羽流可能是從太平洋邊緣的遠處噴發出來的。但是地幔中的洋流會使這個團狀物變形，並將地幔柱拉向它。最終，羽流會停在團塊的邊緣。
夏威夷和太平洋地區之間的聯繫可能會反過來解開另一個更廣泛的謎團。
地球化學家一直試圖解釋為什麼來自夏威夷和其他熱點地區如薩摩亞、加拉帕戈斯群島和冰島的熔巖有獨特的化學特徵。例如，來自這些熱點的熔巖含有相對高濃度的氦-3——一種比太陽系起源更早的原始遺蹟。科學家們在氖同位素(據認為也很古老)中發現了類似的模式，鎢、氙同位素也是如此，這兩種同位素都是在地球誕生後不久由其他元素的放射性衰變形成的。
今年7月，由加州大學戴維斯分校的地球化學家柯蒂斯·威廉士(Curtis Williams)領導的一個研究小組發表了模擬結果，追蹤了熱點下的羽流回到流動的地幔。他們發現這些羽流一直到達團塊，並帶來獨特的化學作用。 威廉士說：「地幔(羽流)的任何部分，它確實很老。」
加州大學聖巴巴拉分校的地球化學家羅伯塔·魯德尼克(Roberta Rudnick)說，這些發現證實了這些團塊是由「古代物質」構成的。「這是非常激動人心的時刻。」
當羽流和渦流在團塊周圍打轉時，氣流有時會捕捉到團塊物質本身的小塊，這就解釋了遠在上方的熱點熔巖的奇異之處。但更大的碎片也可能偶爾斷裂，這可能與另一種可疑的模式有關。
根據由奧斯陸大學Trond Torsvik領導的研究，團塊似乎也被連接到大約二十個表面區域稱為大火成巖省地方，在這些地方，地球過去多次在表面上滲出數百萬立方公裡的熔巖。其中許多事件本身都與大滅絕有關，這是過去5億年裡最大規模的生命滅絕事件。
如果這種關聯不是巧合，Lekić推測，這些事件甚至可能是團塊從主體結構脫離的結果。 如果浮在水面，它們將融化成足夠熱的巖石，從而引起巨大的持續噴發。 反過來，火山活動可能會改變氣候，甚至導致大規模滅絕。這樣的一個推測，如果被證實，將是終極的洪荒時代的定時炸彈——世界誕生以來被掩埋的地下結構觸發了世界末日的滅絕。
加內洛說，近距離看，地下深處可能比表面看起來更崎嶇不平，不止兩個小塊，就像我們的世界地圖上既有大陸，也有小島和半島一樣。更小的熱物質團塊可能會從主要的團塊崩解並漂移到其他地方，這就解釋了像黃石公園這樣的特徵，它比島嶼熱點更難與地幔深處的任何東西相聯繫。
然而，即使在這些團塊突然出現在一代人的視野中之後，地球科學家仍在不斷完善他們的測量方法和模型，以解釋這些數據可能意味著什麼。Cottaar說:「人們有更悠久的歷史，更容易仰望星空。」「往下看實際上更具有挑戰性。」