20世纪70年代，地震学家在地心附近的深处发现了两个“大陆大小”的不寻常“斑块”。它们究竟从何起源却一直是未解之谜。

最近，由美国加州理工学院、亚利桑那州立大学、中国科学院上海天文台等机构学者组成的国际研究团队，研究发现地球深部的两个巨大“斑块”，很可能就是45亿年前原行星忒伊亚与地球大碰撞后的遗留残骸。在大碰撞中，一部分碎片与地球“吸收”融合，另一部分碎片聚合成了月球。

这一研究结果不仅为月球形成的大碰撞理论再添新证据，也为理解地球内部结构和演化、乃至内太阳系形成过程提供了新思想。相关论文11月2日发表在国际学术期刊《自然》（Nature）并入选封面文章。

新华社发

地球深处有两个巨大“斑块”

地震学家当时发现，当地震剪切波（横波）在这两片较大区域传播时，其传播速度明显低于平均速度，科学家们因此将其命名为“巨大低剪切波速度区”，并据此初步推测出地球深处“潜伏”着两个巨大的“异物”。

这两个斑块约是月球两倍大，位于地球约2900米深处，即地幔和地核之间的边界上方，一个在非洲大陆下面，另一个在太平洋下面。过去多年的研究表明，不同于周围的地幔，这两个“斑块”的铁含量异常高。

当地时间11月1日，一篇发布于《自然》杂志的最新研究首次揭示了这两个神秘“斑块”的可能出处，它们或是45亿年前一颗“天外行星”的残骸。

这颗行星当时曾与地球发生猛烈碰撞，巨大的撞击产生了大量碎片，月球就是其中一片。

斑块很可能是忒伊亚行星残骸

月球是如何形成的？目前主流的大碰撞理论认为：大约45亿年前，原始地球（Gaia）曾与一颗火星大小的原行星忒伊亚（Theia）发生大碰撞，月球就是从大碰撞产生的碎片盘中聚合生长而成。然而，这一经典理论难以解释地球和月球成分的高度相似性。

在一次关于行星形成的研讨会上，美国加州理工学院的地球物理学家钱源（音译）突然闪现了一个念头，众所周知月球的铁含量相对丰富，那么“富含铁的撞击物是否可能已经变成了地幔中的斑块”呢？

为进一步完善月球形成理论，论文合著者、中国科学院上海天文台邓洪平副研究员开发了新的无格点计算流体力学方法，可更加准确地追踪大碰撞过程中的湍流和物质混合。

利用该方法对月球形成大碰撞进行模拟后，邓洪平发现，碰撞后的早期地球地幔结构是分层的，上、下地幔拥有不同的成分和物态。上半地幔为岩浆洋，由原始地球（Gaia）和忒伊亚（Theia）充分混合而成；下半地幔则基本为固态，保留了原始地球（Gaia）的物质成分。

模拟过程显示，这次碰撞融化了地球的上半部分地幔，使忒伊亚的一大块碎片进一步渗透到地球内部，并逐渐向地核下沉。在接下来的45亿年里，来自忒伊亚的岩石可能因地球内部的对流而四处移动，最终形成了现今的斑点。

最终的结果证实，碰撞的物理过程可能导致忒伊亚行星的大部分被地球“吸收”，形成了“巨大低剪切波速度区”斑块，而其他撞击产生的残余碎片则在地球引力等作用下，在太空合并形成了月球。

研究人员认为，这些沉淀在地下2000多米的深处斑点，因铁含量异常高而比周围的地幔岩石密度高2.0%-3.5%，所以其很有可能就是忒伊亚的残骸。

月球形成有了“实证”

这一发现，让月球是如何形成的第一次有了“实证”。据红星新闻报道，“月球上似乎有来自撞击前的地球和忒伊亚的物质，但地球上的忒伊亚残留物都被地球内部数十亿年的动力学（如地幔对流）‘抹去’或同质化了。”亚利桑那州立大学地球与空间探索学院教授史蒂文·德施解释道，“这是第一次有研究表明，忒伊亚的‘碎片’仍然存在于地球内部，位于地核与地幔边界。”

简而言之，“在地球的内部，在我们脚下深处的巨大斑点可能来自外星。地球上不仅有‘斑点’，还有外星的斑点。”亚利桑那州立大学地球与太空探索学院的埃德·加内罗教授说道。

目前，研究人员还需要大量的月球岩石才能确定这些“斑点”是否是忒伊亚的遗迹。而随着目前各国月球计划的推进，研究人员可能会在未来几年内得到来自月球的岩石。

整合：易福红

来源：新华社 红星新闻 科技日报等

编辑：易福红

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易福红

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