新的研究发现，在地球的早期历史中，其地表下方存在着深海的岩浆，这可能解释了今天地幔中出现的奇怪异常现象。
多年来，这个基底岩浆海洋一直备受争议。一些地球化学证据表明，在地球存在的最初几亿年里，在地核与其中间层地幔之间的边界处形成了持续存在的熔海。但行星形成的模型表明，当地球还是新的、熔融的时候，它是从下到上凝固的，这使得人们很难理解深层岩浆海洋是如何存在的。
这个隐藏的岩浆海的残余物今天仍然可能以大型低剪切速度省（LLVP）或地幔“斑点”的形式存在，它们是深部地幔的巨大区域，地震波在此处传播的速度比穿过地幔其他部分的速度慢。
科学家们一直在争论这些 LLVP 是否是已经被推入地幔深处，这意味着它们可以追溯到几亿年前，或者它们是否是，使它们的年龄达到 44 亿岁。
研究主要作者表示，这项新研究支持后者，研究结果可能对研究人员如何理解地球历史产生重大影响查尔斯·爱德华·布卡雷，多伦多约克大学的行星物理学家。
“这会影响地核和地幔之间的热传递，”布卡雷告诉《生活科学》。 “它可能会影响构造板块的位置。”
地球的早期
研究人员建立了一个新的地球形成模型，该模型考虑了地球化学数据和地震数据——这是探究地球深层历史的两种主要方法。特别是，有一些重要的微量元素在化学上更喜欢留在岩浆中，而其他矿物质则结晶成岩石。岩石中这些微量元素的含量可以揭示地幔岩石何时以及以何种顺序凝固。
关于这个地球形成时代的大多数研究都集中在地幔的初始凝固以及地幔大部分仍呈液态时的动力学。
布卡雷和他的团队稍后将注意力集中在地幔结晶程度足以使其表现为固体而不是液体的点。他们发现，无论凝固首先从何处开始——在地幔中部，还是在与地核的边界处——都会形成基底岩浆海洋。
形成阶段
这个过程始于新地球表面形成一层薄薄的固体地壳，但这些固体很冷，而且比下面的地幔浮力更小，所以它们下沉并重新熔化。
然而，随着地幔继续冷却，上地幔中形成的固体开始下沉并积聚在下地幔中。这些固体富含氧化铁，氧化铁致密且熔点低，因此这些固体下沉更深并且经常重新熔化。由于氧化铁的密度很大，即使是液态，这种熔体也不会上升，因为液体通常会上升到固体之上。相反，它留在了地幔深处，来自地核的热量使其熔化。这就形成了基底岩浆海洋。
研究人员改变了模型中的条件来改变固体地层的深度，但这些参数没有改变任何东西。即使在对深层岩浆海洋最不利的环境下，岩浆海洋仍然会形成。
布卡雷说，这些发现表明，地球的主要结构在其历史的早期就形成了。 “另一种说法是有记忆，”他说。地球动力学的种子很早就已经种下，这些古老的结构继续影响着地球向前发展的变化。
布卡雷说：“我们可能会说，如果我们掌握了行星的一些初始条件，并且可以对行星演化的早期阶段进行建模，那么我们就可以在很长的时间尺度上预测它的大部分行为。”
他接下来计划通过加入更多微量元素来改进建模。布卡雷说，将该模型应用于火星等其他行星，看看其他岩石行星是否经历类似的转变也很有趣。
“也许这种基底海洋的东西并不是地球独有的，”他说。
