在地球深处，隐藏着一颗古老行星的遗迹？

本文来自微信公众号：原理 （ID：principia1687），作者：小分队，审核：张玉修（中国科学院地球与行星科学学院），题图来自：《地心引力》

相信许多人都听说过这样一个故事，在大约45亿年前，一颗火星大小的原行星——忒伊亚（Theia）与年轻的原地球发生了猛烈的撞击。这次撞击所喷射出的碎片，最终聚集在一起形成了月球。

尽管这是主流的月球形成理论，但它常常因为一些难以解释的细节而受到挑战。比如，科学家就从未在小行星带或陨石中，发现过忒伊亚的痕迹。那么，除了形成月球的物质之外，其他的撞击碎片都去哪了？在一篇于2023年11月1日发表于《自然》杂志上的新研究中，研究人员认为忒伊亚大部分的物质都被年轻的地球吸收了。

这是怎么回事呢？让我们从地球内部的异常发现说起。

地球内部的异常物质体

我们生活在地球的地壳上，这是一层薄薄的坚硬岩石；地球的中心是主要由铁镍构成的地核；而在地壳和地核之间则是地幔。

上世纪80年代，地球物理学家惊奇地发现，在靠近地核的地幔底部，有两个巨大的、神秘的异常物质体，一个位于非洲大陆之下，另一个在太平洋之下。

这两团异常物质体的密度比周围环境略高，这表明与地幔的其他部分相比，它们可能是由不同比例的元素构成的。我们知道，在不同的物质中，地震波的传播速度是不同的，而当地震波穿过在地幔底部延绵数千公里的这些异常岩层时，地震波的波速会明显降低。因此，这两块神秘的异常物质体也被称为大型剪切波低速体（LLSVPs）。

LLSVPs对地幔的演化、超大陆的分离和聚集，以及地球的构造板块结构都具有重要意义。但问题是，它们是从哪里来的？

它们是如何形成？

地球物理学家袁迁是新论文的第一作者，他与合作者为忒伊亚的化学成分及其对地球的影响建立了不同的模型，模拟了忒伊亚地幔和地球地幔从碰撞到现在的相互作用。

模拟结果证实，忒伊亚与地球的碰撞的确有可能导致LLSVPs和月球的形成：

猛烈的撞击导致忒伊亚的大部分物质与地球地幔结合在一起，地球上地幔的熔化层将一些物质卷入，变成地球物质；还有一部分来自忒伊亚的物质则通过地球地幔的熔化层，下沉到基本为固体的下地幔底部，然后在那里聚集并结晶，最终形成我们今天在地核与地幔边界探测到的两个独立的LLSVPs；与此同时，一些由撞击产生的忒伊亚的剩余碎片则被抛入轨道，聚结成了月球。

模拟表明，忒伊亚地核的很大一部分（相当于今天地球质量的3%）留在了我们的地球上。与此同时，忒伊亚的地幔中有很大一部分（约占地球质量的5%），嵌入了地球地幔最上层的1400千米左右的地方。

有待进一步验证

不过，要想进一步确认新的研究，还需要进行更多的测试，比如研究人员可以通过比较来自地幔和月球的岩石样本来验证这些模型。研究人员表示，他们的下一步计划是研究这些大型低速体对地球的早期演化产生了什么影响。他们希望，这项研究将能揭示是什么使地球如此独特，甚至为理解太阳系之外的系外行星的形成和宜居性提供灵感。

参考来源：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06589-1

https://www.caltech.edu/about/news/the-remains-of-an-ancient-planet-lie-deep-within-earth

https://english.cas.cn/head/202310/t20231026_394367.shtml

https://www.nature.com/articles/d41586-023-03385-9#ref-CR2

本文来自微信公众号：原理 （ID：principia1687），作者：小分队，审核：张玉修（中国科学院地球与行星科学学院）