新的研究發現，在地球的早期歷史中，其地表下方存在著深海的岩漿，這可能解釋了今天地幔中出現的奇怪異常現象。
多年來，這個基底岩漿海洋一直備受爭議。一些地球化學證據表明，在地球存在的最初幾億年裡，在地核與其中間層地幔之間的邊界處形成了持續存在的熔海。但行星形成的模型表明，當地球還是新的、熔融的時候，它是從下到上凝固的，這使得人們很難理解深層岩漿海洋是如何存在的。
這個隱藏的岩漿海的殘餘物今天仍然可能以大型低剪切速度省（LLVP）或地幔“斑點”的形式存在，它們是深部地幔的巨大區域，地震波在此處傳播的速度比穿過地幔其他部分的速度慢。
科學家們一直在爭論這些 LLVP 是否是已經被推入地幔深處，這意味著它們可以追溯到幾億年前，或者它們是否是，使它們的年齡達到 44 億歲。
研究主要作者表示，這項新研究支持後者，研究結果可能對研究人員如何理解地球歷史產生重大影響查爾斯·愛德華·布卡雷，多倫多約克大學的行星物理學家。
“這會影響地核和地幔之間的熱傳遞，”布卡雷告訴《生活科學》。 “它可能會影響構造板塊的位置。”
地球的早期
研究人員建立了一個新的地球形成模型，該模型考慮了地球化學數據和地震數據——這是探究地球深層歷史的兩種主要方法。特別是，有一些重要的微量元素在化學上更喜歡留在岩漿中，而其他礦物質則結晶成岩石。岩石中這些微量元素的含量可以揭示地幔岩石何時以及以何種順序凝固。
關於這個地球形成時代的大多數研究都集中在地幔的初始凝固以及地幔大部分仍呈液態時的動力學。
布卡雷和他的團隊稍後將注意力集中在地幔結晶程度足以使其表現為固體而不是液體的點。他們發現，無論凝固首先從何處開始——在地幔中部，還是在與地核的邊界處——都會形成基底岩漿海洋。
形成階段
這個過程始於新地球表面形成一層薄薄的固體地殼，但這些固體很冷，而且比下面的地幔浮力更小，所以它們下沉並重新熔化。
然而，隨著地幔繼續冷卻，上地幔中形成的固體開始下沉並積聚在下地幔中。這些固體富含氧化鐵，氧化鐵緻密且熔點低，因此這些固體下沉更深並且經常重新熔化。由於氧化鐵的密度很大，即使是液態，這種熔體也不會上升，因為液體通常會上升到固體上方。相反，它留在了地幔深處，來自地核的熱量使其熔化。這就形成了基底岩漿海洋。
研究人員改變了模型中的條件來改變固體地層的深度，但這些參數沒有改變任何東西。即使在對深層岩漿海洋最不利的環境下，岩漿海洋仍然會形成。
布卡雷說，這些發現表明，地球的主要結構在其歷史的早期就形成了。 “另一種說法是有記憶，”他說。地球動力學的種子很早就已經種下，這些古老的結構繼續影響著地球向前發展的變化。
布卡雷說：“我們可能會說，如果我們掌握了行星的一些初始條件，並且可以對行星演化的早期階段進行建模，那麼我們就可以在很長的時間尺度上預測它的大部分行為。”
他接下來計劃通過加入更多微量元素來改進建模。布卡雷說，將該模型應用於火星等其他行星，看看其他岩石行星是否經歷類似的轉變也很有趣。
“也許這種基底海洋的東西並不是地球獨有的，”他說。
