在我们下面的地球深处,有两个大陆大小的斑点。一个在非洲,另一个在太平洋之下。
斑点的根部在地面以下2,900公里(1,800英里),几乎到达地球中心。人们认为它们是被称为“深层羽毛”的热岩石柱的发源地,这些岩石呈“深壁羽”。
当这些羽毛首先到达地面时,发生了巨大的火山喷发 - 这种造成了灭绝的种类恐龙6550万年前。斑点还可以控制一种称为金伯利岩的岩石的喷发,该岩石将钻石从120-150 km的深度(在某些情况下,到约800 km)到达地球表面。
科学家已经知道斑点已经存在很长时间了,但是它们在地球历史上的表现是一个悬而未决的问题。在新的研究中,我们建模了十亿年的地质历史并发现了斑点聚集在一起,分解就像大陆和超强一样。
(Ömerbodur)
上图:从地震数据中成像的地球斑点。非洲斑点位于顶部,太平洋斑点位于底部。
地球斑点进化的模型
斑点位于地幔中,是地壳与其核心之间的热岩石厚层。地幔是坚固的,但缓慢地流过长时间标准。我们知道斑点之所以存在,是因为它们会减慢地震引起的波浪,这表明斑点比周围的环境更热。
科学家通常认为,斑点与地球表面的构造板的运动有关。但是,在地球历史的整个过程中,斑点如何变化使它们困惑。
一种思想流派是,目前的斑点已经充当锚点,被锁定在适当的位置数亿年,而其他岩石则在它们周围移动。但是,我们知道构造板和地幔随着时间的流逝而移动,研究表明斑点的形状正在变化。
我们的新研究显示地球斑点的变化远远超出了以前的想象。实际上,在历史上,它们以与大洲和超前在地球表面具有的方式组装和分解。
我们使用了澳大利亚的国家计算基础设施为了运行高级计算机模拟,了解地球的地幔如何流动了十亿年。
这些模型基于重建构造板的运动。当板彼此推入时,在称为俯冲的过程中将海底推向它们之间。
海底的冷岩石越来越深入地幔,一旦达到约2,000公里的深度,它就将热斑点推到一边。
上图:地球内部的过去2亿年。热结构为黄色至红色(深色较浅),蓝色的冷结构(深色更深)。
我们发现,就像大陆一样,斑点可以组装 - 像当前配置一样形成“超级斑点”,并随着时间的流逝而分解。
我们模型的一个关键方面是,尽管斑点会随着时间的流逝而改变位置和形状,但它们仍然符合地球表面记录的火山和金伯利岩爆发的模式。以前,这种模式是斑点作为不动的“锚点”的关键论点。
令人惊讶的是,我们的模型揭示了最近6000万年前组装的非洲斑点 - 与以前的建议形成鲜明对比的是Blob可能以大致目前的形式存在近十倍。
剩下的有关斑点的问题
斑点是如何产生的?他们到底是什么?我们仍然不知道。
斑点可能比周围地幔更密集,因此它们可以由与地幔其余部分分离的材料组成地球历史早期。这可以解释为什么地球的矿物组成与基于陨石组成的模型的预期不同。
或者,可以通过构造板运动推动的岩石板上的岩石板的积累来解释斑点的密度。
不管这场辩论如何,我们的工作表明,下沉的平板更可能将大陆的碎片运送到非洲斑点,而不是到太平洋斑点。
有趣的是,这一结果与最近的工作一致,表明非洲斑点升起的地幔羽流的来源包含大陆材料,而太平洋斑点的羽毛却没有。
跟踪斑点以查找矿物质和钻石
虽然我们的工作解决了有关我们星球演变的基本问题,但它也有实际的应用。
我们的模型提供了一个框架,可以更准确地针对与地幔上升相关的矿物的位置。这包括金伯利特(Kimberlites)似乎与斑点相关的钻石。
岩浆硫化物沉积物是世界上主要的镍储备,也与地幔羽相关。通过帮助矿物质(例如镍(锂离子电池的重要成分)和其他可再生能源技术),我们的模型可以有助于向低发射经济过渡。
尼古拉斯·弗莱门特,高级讲师,卧龙岗大学;安德鲁·梅尔迪斯(Andrew Merdith),研究人员,利兹大学;Omer F. Bodur,博士后研究员,卧龙岗大学, 和西蒙·威廉姆斯,研究人员,西北大学西安。