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我們人類雖然號稱是地球的主人,但實際上我們的實力並不是想像中的那麼強,我們在地球上所鑽的孔,最深的也僅有12公裡多一點,與地球高達6371公裡的半徑相比,這樣的深度實在是不值一提。那麼既然人類沒辦法在地球上鑽一個很深的孔,科學家又是用什麼方法探索地球深處呢?
答案就是利用地震波,簡單地說就是先觀測地震波在地球深處的傳播過程,然後再對收集到的重要數據(如傳播時間、傳播途徑等)進行分析,就可以推測出在地球深處的物質到底是什麼。
早在1909年,地球物理學家安德烈.莫霍洛維奇就根據29個地震臺的地震波數據發現了地殼與地幔之間的分界面(莫霍面),在後來的30多年的時間裡,科學家們又利用同樣的方法建立了我們現有的地球結構模型,即地球是由地殼、地幔和地核組成,而地核又分為固態的內核和液態的外核。
但人類並不會滿足於這樣的成果,事實上,科學家們對地球深處的研究就從未停止過,人們還發展出了一項酷炫的技術——地震層析成像技術,簡單地講就是,該技術可以利用地震產生的地震波對地球的內部結構進行直接成像。
在過去的日子裡,隨著該項技術的日益成熟,人們得到了越來越清晰的地球內部結構圖像,也發現了地球深處的很多秘密,而這其中有一個發現非常引人注目,那就是地球深處「潛伏」著兩個巨大的結構物,並且直到現在科學家也不清楚到底是什麼。
(利用地震層析成像技術繪製的3D示意圖)
在1970年代,研究人員就注意到,當地震剪切波(又稱橫波)在地幔和地核之間的邊界(CMB)上方的兩片較大的區域傳播時,其傳播速度明顯低於平均速度,於是將其稱為「大低剪切速度區」(Large low-shear-velocity provinces,簡稱LLSVP),並據此初步推測出地球深處「潛伏」著兩個巨大的結構物。
在接下來的時間裡,不斷進步的地震層析成像技術確認了這兩個巨大的結構物的存在,相關數據表明,它們都在地球赤道的附近,分別位於太平洋和非洲的下方,其最厚的區域可達到1000公裡,總體積高達14.2萬億立方米。
(註:圖源Nature,圖中數字的單位為1000公裡,紅色和白色箭頭表示地幔的對流情況,標註為「Pacific LLSVP」 和 「African LLSVP」的區域就是這兩個結構物)
看到這裡可能有人要說了,地球深處都是擠壓在一起的巖石物質,科學家憑什麼就可以說這兩個「大低剪切速度區」就是單獨的結構物呢?
其實這並不是拍拍腦袋就隨便作出的結論,首先就是地震層析成像技術顯示的圖像表明,這兩個「大低剪切速度區」的邊界是尖銳的,其次是科學家根據地球上層的火成巖沉積情況分析出,這兩個「大低剪切速度區」至少已經穩定存在了2.5億年之久。
(註:火成巖即地球內部湧出的巖漿冷卻後形成的巖石,而利用地震層析成像技術繪製的圖像顯示,這兩個巨大的結構物與一些火山是連接起來的,因此地表上的不少火山活動都與它們相關)
要知道在地球深處的高溫高壓下,即使是固態的物質也可以發生流動(這也是地幔對流的原因),而在這種情況下,這兩個「大低剪切速度區」與地球深處其他物質居然會出現尖銳的分界面,就足以說明它們與地球深處的普通物質在成分上存在著明顯差異,而且其物質密度也必須比周圍的物質更加大,否則的話,這兩個「大低剪切速度區」就不可能長時間地存在,因為它們會在周圍物質的擠壓下迅速與之融為一體,根本不可能穩定存在2.5億年。
另外要說的是,在發生了較大規模的地震、火山爆發等事件之後,整個地球都會發生微弱的震動,這被稱為地球的自由振蕩,科學家通過精密的儀器(如應變地震儀、重力儀等)就可以將其記錄下來。
由於地球的自由振蕩對物質的密度非常敏感,因此它可以用來判定地球深處物質密度的相對大小,事實上,科學家在作出上述結論的時候,過去記錄下來地球自由振蕩的觀測數據也是他們重要的依據。
因此可以說,科學家已經確定了地球深處「潛伏」著兩個巨大的結構物,並且也知道了它們存在的時間以及大小,但遺憾的是,由於科技水平的限制,現在的我們根本就不可能深入到地下去一探究竟,因此直到現在科學家也不清楚它們到底是什麼,只能提出一些假設。
例如「熱化學假說」認為它們是地球「與生俱來」的獨特結構物,「浮力數假說」認為它們其實就是兩團非常高溫的巖石物質,然而這些假設都有一定程度的局限,不能夠完美地解釋為什麼它們能夠長期穩定地存在。
但我們也不必為此擔心什麼,因為這兩個「潛伏」在地球深處的巨大結構物都已經安靜地存在了至少2.5億年,在未來想必一定也會繼續安靜地存在。
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