地球内部发现忒伊亚遗物，月球形成的首个实际证据

上世纪 80 年代，科学家通过对地震波的分析在地球深处的地幔中发现了两块不寻常的结构。这两块结构大小和月球相当，一块位于太平洋板块下方，另一块位于对面的非洲大陆下方。这两块巨型结构推测含有更多的铁，密度明显比周围地幔要高。原本应该均匀分布的地幔，为何会出现两块“铁疙瘩”，这个问题多年来一直困扰着科学家们。

自从望远镜被发明以来，人们对外太空的了解远远超过了对地球内部的了解。毕竟往上看没东西挡着，只是距离稍微远了一点，但是往下看就没那么容易了，要想一窥究竟除了钻探似乎别无他法。

有人可能会想：“不就打洞嘛，能有多难？”

不得不说，一开始科学家也低估了这项工作的难度。早在上个世纪，前苏联就开展过一系列科学钻探工作。从 1970 年开始，人们花了将近 10 年时间才让钻探深度突破 10000 米大关。后来又花了大概 10 年，钻探深度达到了 12262 米，此后便再也无法取得突破，这一记录也一直保持到了今天。可是这点深度连地球最外层的地壳都还没钻透，真的是体会到什么叫“上天容易入地难”。

虽然厚厚的地壳阻挡了我们窥探地层深处的奥秘，但是作为介质，岩石它可以承载振动。所以虽然无法“眼见为实”，但是通过对地震波的分析，我们至少能对地球内部有个大致的了解。后来人们果然从地震波中探测到了一些异样。

上世纪 80 年代科学家发现，地震波在下层地幔的某些地方似乎遇到了阻力，传播速度变慢了。通过测算，阻力主要集中在太平洋板块和非洲板块下方。这两个地方似乎有两个异常巨大的“斑块”，大到占据了整个地幔的 8%，因此人们称它们为“大型低速体（LLVPs）”。

关于这两个巨型“斑块”的起源，科学家们提出过几种假设。首先，这些位于地幔深处的结构从时间上来说肯定非常古老，或许可以追溯到几十亿年前地球刚刚形成的时候。当时的地球尚处于熔融状态，表面遍布着岩浆。既然表面都是熔岩，可想而知此时的地幔更是一片岩浆海洋。于是科学家们最初的想法是，液态地幔由于混入了一些杂质，与周围区域产生了一定差异。之后随着慢慢冷却，地幔中的杂质在还未充分混合前便被固化了下来，于是便形成了今天的“斑块”。

另一种更主流的观点认为，这两个“斑块”的形成可能和地球板块的运动有关。在这种观点中，这些大型结构出现的没那么早，它们是在几亿年前随着地壳板块的漂移撞击而形成的。当板块和板块相互碰撞时，有些地壳被挤压下沉到了地幔底部，随后便形成了后来的“斑块”。

还有一种观点也认为这两个结构可能是在地球形成很久之后出现的，不过鉴于它们出现在地幔的最下层，紧挨着地核，所以它们可能是由于地核中的铁渗出到了地幔中导致的。

除了以上三种猜测外，近些年关于这两个“斑块”的起源又多了一种更大胆的猜测 —— 它们或许是地外天体忒伊亚的遗迹！没错，就是那个关于月球诞生的“大碰撞”假说中的远古天体。

大约 45 亿年前，也就是太阳系刚形成后一亿年左右，当时一颗火星大小的行星与原始地球发生了碰撞。这次碰撞不但使地球的自转轴发生了倾斜，过程中产生的碎片还直接促使了月球的诞生，因此人们以月亮女神之母的名字称呼该行星为“忒伊亚”。

虽然有诸多证据都支持“大碰撞”假说，但是目前它仍然面临着一些挑战，其中最大的问题就是：为什么月球和地球在同位素方面有着惊人的相似度。

因为受太阳风影响，不同天体的元素含量肯定会有些许差异。而形成月球的材料普遍认为主要来源于忒伊亚，所以按理来说月球的成分应该和地球有着很大不同。但是后来所有的同位素测试都表明，地球和月球似乎是同源的。

为了堵上理论的漏洞，后来科学家们又提出了许多“大碰撞”假说的改进版，只不过目前都缺少实际证据。然而近些年有科学家意识到，先前地幔中发现的让人疑惑的那两个“斑块”，或许正是“大碰撞”假说的首个证据。

最新理论认为，当初忒伊亚与早期地球碰撞后，撞击产生的高温直接将忒伊亚融化。于是忒伊亚的物质与地球的上层地幔以熔融状态充分混合在一起，但下层地幔仍然主要为固态，保留了原始地球的成分。之后部分混合物被甩了出来，其中一部分脱离了地球的洛希极限，慢慢形成了月球，而另一部分则落回了地球。也就是说，月球可能并不是想象的那样完全由忒伊亚的碎片构成，而是由忒伊亚参杂了地球物质的混合物形成。

更关键的地方在于，虽然忒伊亚在碰撞中被融化且与地幔物质混合在一起，但由于它的密度比较大，以至于部分忒伊亚物质“沉淀”到了地幔岩浆流的底部被固态封存起来，从而形成了后来巨大的“斑块”结构。某种程度上来说，这两块大型低速体“斑块”其实并非原始地球的产物，而是来自忒伊亚行星的遗迹。

这个理论除了逻辑上说得通外，研究人员同时也给出了一些证据。比如通过对从此处地幔喷射到表层物质的化学分析，那里的元素确实和其他地幔不太一样。另外根据理论模型，研究人员通过计算机模拟地幔运动，模拟结果也确实产生了两个与实际类似的“斑块”。

话说这些“斑块”除了奇怪一些，它们对我们人类应该没什么影响吧？其实不然，它们虽然看起来位于地球内部深层的地幔之下，但是它们的存在对整个地球来说都有着深远影响。

比如我们知道，全世界大部分的火山都分布在板块交界处。但奇怪的是，有一些非常活跃的火山却并不在这种地方。比如夏威夷群岛所在的北太平洋，这里拥有许多活火山，甚至很多岛屿的形成就是由于海底火山的原因。可是这里位于太平洋板块的正中间，离板块交界处远得很，怎么会有这么多活火山存在呢？

原本人们只知道，这里的火山是由于地幔中存在一种垂直向上被称为“地幔柱”的“热管道”，地底深处的岩浆就是顺着这些“管道”冒出来的。后来又发现，这些“管道”似乎正好位于的是太平洋大型低速体的边缘。不管是因为“斑块”的存在导致了“管道”的出现，还是说这里的地质运动本来就比较剧烈，从而把“斑块”推到了当前位置，总之它们之间似乎应该有着什么连系。

不过“非同寻常的观点需要非同寻常的证据”，后续研究人员还需要寻找更多的证据来印证他们的观点。比如除了基于地球的勘探，对月球内部的采样同样对接开最终谜团至关重要。最后，这项研究虽然针对的是地月系统，但它不仅仅是为了搞清楚月球包括地球的起源，同时它也可以为日后寻找宜居的系外行星提供线索。

参考资料：

• [1] https://en.wikipedia.org/wiki/Kola_Superdeep_Borehole

• [2] https://en.wikipedia.org/wiki/Large_low-shear-velocity_provinces

• [3] https://en.wikipedia.org/wiki/Theia_(planet)

• [4] https://en.wikipedia.org/wiki/Giant-impact_hypothesis

• [5] https://www.cas.cn/syky/202310/t20231030_4983318.shtml

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

• [7] https://www.sci.news/space/theia-earth-mantle-12412.html

• [8] https://www.youtube.com/watch?ab_channel=caltech&v=k4dQW_fUgik

• [9] https://www.bbc.com/future/article/20220510-why-are-there-continent-sized-blobs-in-the-deep-earth

• [10] https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2021/pdf/1980.pdf

• [11] https://www.nature.com/articles/s41586-023-06589-1

本文来自微信公众号：Linvo 说宇宙 （ID：linvo001），作者：Linvo

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