你知道不知道,咱们地球内部有两块来历不明的异物,一块在太平洋下面,一块在非洲下面。
这两块异物是1980年代地质学家通过地震波在地球内部发现的。但至今40多年过去了,地球科学家也仅仅知道,这两块异物与周围的物质不完全一样,至于它们是什么,它们是怎么来的,他们对此十分茫然。
我们脚下谜一样的异物
为了更好地了解脚底下这两块异物,我们先来复习一下有关地球内部的知识。
我们今天关于地球内部的知识,几乎都来自地震波的研究。根据地震波在不同密度的物质中传播速度的不同,我们得以了解地球内部大致的结构:最里面是一个固态铁核,被称为内核。内核被一圈熔化的铁和镍所包围,此即外核。液态金属被地球的自转搅动,产生地磁场。外核外面是地幔,占了地球的大部分体积。地幔下层显固态,上层处于熔融状态,像粘稠的蜂蜜一样可以缓缓流动。它们是火山熔岩的来源。在这一切之上,则是由岩石组成的地壳。
上面所说的两块异物,都始于地幔和外核的接壤处,然后延伸至上地幔。
虽然两块异物整个都沉浸在地幔中,但我们不知道它们的组成是否与地幔相同。没错,根据地震波的速度可以判断其密度,但问题是,地震波的速度同时还受温度的影响,所以当差别不大的时候,我们还是难以下判断:速度差异到底是物质组成不同造成的,还是仅仅由温度不同造成的。
盘古大陆瓦解的结果?
最简单的解释是,它们与地幔的组成相同,只是温度更高。如果是这样,那么这两块异物可能是盘古大陆瓦解的产物。
盘古大陆是地球史上距今最近的超级大陆,大约在3.3亿年前形成,在2亿年前开始瓦解。随着盘古大陆分裂成构造板块,板块漂移造成相撞,在撞击发生的地方,一个板块俯冲到另一板块下面,板块物质由此“回炉再造”。在“回炉”的过程中,一些较冷、密度较大的物质可以一直降到下地幔。随着时间的推移,“回炉”物质和“炉”里原有的物质会搅拌均匀,密度和温度都会趋于一致。
但假如最近一次的“回炉”中,“回炉”物质还没来得及在地幔中搅拌均匀,留下两块原封不动的区域,那里没有来得及与周围的物质“打成一片”,所以一直保持较低温度,此即异物的由来。这就好比大热天你急忙忙地吃了一大块冰镇甜瓜,结果甜瓜一直搁在胃里没能消化一样。
但话说回来,最简单的解释并不总是正确的。还有一种可能是,这些异物的组成成分也许与地幔其他区域不同。如果是这样,那它们从哪里来就是一个谜。解开这个谜的关键在于确切地知道异物的密度,但遗憾的是,迄今我们对其密度的两次测量得到的结果是矛盾的。
另一个难题是这些异物的年龄。
这两团异物虽然处于地球深处,但因为块头很大,一部分甚至延伸到了上地幔,所以异物里的物质也会偶尔随着火山而喷发到地表。
科学家检查了由它们驱动的海底火山喷出的熔岩,在其中发现了一些奇怪的化学成分。其中一些火山物质似乎从未在其他地方被发现过,包括可以追溯到地球诞生初期曾在地表出现过的放射性元素。这些放射性元素因为密度大,后来都沉入地下,在地表已经很难觅得它们的踪迹了。这说明,异物里的物质是非常古老的东西。
来自外星球的撞击?
有一个耐人寻味的推测,近年来受到极大的关注:异物可能来自外星球。
大约45亿年前,当地球还是一个婴儿时,一个与火星一样大的天体,叫“忒伊亚”,被认为撞向了地球。在这次剧烈的撞击中,熔融物质喷溅到地球周围的轨道。后来,这些物质凝聚,形成了月球。这个关于月球如何形成的假说目前为大多数人所接受。
地球深处两块奇形怪状的异物从地球外核一直延伸至上地幔近年来,一些人更进一步想知道,忒伊亚是否也可能是异物的来源。譬如说,异物就是保存下来的忒伊亚的部分碎片?如果这是对的,就不仅解决了异物的起源问题,而且也证实了我们关于月球如何形成的主流假说。
不过,要证明“异物是忒伊亚的碎片”这个假设很棘手。首先,忒伊亚已经被摧毁,我们无法从它取样,来跟异物的物质进行比较。其次,在人们试图模拟再现那次撞击的时候,出现了另一个问题。在计算机模拟中,月球的大部分物质来自忒伊亚。可是我们对从阿波罗计划中取来的月球物质的分析表明,月球物质主要来自地球。这是一个矛盾。
有待验证的假说
不过,最近一项新的计算机模拟似乎让这个矛盾有所缓和:如果忒伊亚撞击的时候,地球还处于熔融状态,表面为岩浆的海洋所覆盖,那么溅射起来的大部分就是地球物质。这样,忒伊亚撞击说与上述对月球物质的分析就不矛盾了。
新的模拟显示,在45亿年前,与地球相撞之后,忒伊亚基本上被地球岩浆湮没,大约20%的体积穿透到地球的下地幔。地球的下地幔是一个固体层,大多数情况下不参与熔融物质的运动。所以,忒伊亚的碎片至今仍然保存在那里,它们可能就是我们今天探查到的异物。
按研究人员的看法,忒伊亚的密度比地球地幔高。为什么呢?因为地球块头大,内部温度高,处于熔融状态,这导致轻重物质分离,密度大的下沉,密度小的上浮。地幔就属于密度较小的部分。而像忒伊亚这样块头较小的天体,它整个都是固态的,就不存在轻重物质的分离问题。所以,它的密度会高于地球地幔。由此一来,如果异物确实来自忒伊亚,那它们的密度也应该会高于周围的地幔物质。
科学家们希望通过安装更多的地震仪,来验证这些假说。目前,地震仪大多数都装在陆地上,海洋是一个巨大的盲点。如果我们在海底安装巨大的地震仪阵列,就可以相当详细地窥视地球内部。那时候,揭示这两块神秘异物的起源,就不那么困难了。