地球深處：比珠峰還要高的山峰 還有奇怪的地幔團塊

1996年，卡爾·薩根(Carl Sagan)在接受最後一次採訪時說：「我們生活在圍繞著一顆單調恆星旋轉的一堆岩石和金屬塊上。」

這是對地球的一種粗糙的描述，但長期以來，許多科學家都贊同這種說法，因為我們沒有辦法直接探索我們星球的內部;人類有史以來鑽得最深的洞是俄羅斯北極地區的科拉深孔(Kola Deep hole)，但其深度也只佔了地面到地心的0.2%。所以，即使是最好的科學地圖，看起來也不比你中學地理課本上的那幅漫畫好看多少(展示了地殼，地幔和地核的圖)。

但這種情況正在改變。加州大學伯克利分校的Barbara Romanowicz等研究人員正在使用地震波來掃描我們星球的內部，就像醫生使用超聲波探視病人一樣。但他們所看到的不是一個平淡無奇的礦石塊，而是許多複雜的細節，一個豐富而充滿活力的內部景觀。

地幔看起來像洋蔥一樣分層，並且主要的分層轉變發生在250英里和410英里以下。在410英里的深度，研究人員最近發現了一個巨大的內部山脈，其山峰可能比珠穆朗瑪峰還要高。Romanowicz說：「最近，我們在大約1000公里(600英里)深的地方發現了另一個變化。

這些岩層被上升的熱岩柱撕裂，而在這些熱岩柱之下有兩個奇怪的小塊，大小和澳大利亞差不多，位於地核的頂端，一個在非洲下面，另一個在太平洋下面。

Romanowicz說：「我們越發明白，這和標準的卡通漫畫根本不一樣。對地球動力學家來說，這是一場徹底的革命。」

被這些斑點搞糊塗了

這些地幔小團因其對地表生命的影響而具有特殊的意義。牛津大學的地震學家Maria Tsekhmistrenko最近的工作證實了這些團塊是熱地幔柱的一個來源，而這些柱狀物在地表出現時可以引發毀滅性的超級火山爆發。

她研究發現非洲地幔團和留尼旺地幔柱(目前在留尼旺島，馬達加斯加東部)與6700萬年前的一波火山爆發有詳細的聯繫，那次爆發發生在今天的印度，並且與小行星撞擊地球的影響一起殺死了恐龍。

其他的地幔柱導致了巨大的火山爆發，造就了冰島，並繼續推動著黃石公園下面轟隆隆的地質活動。Tsekhmistrenko 說：「在過去幾億年間，這些事件、氣候變化和物種大滅絕之間存在著高度的相關性。」

然而，地幔團的性質一直是個謎，這主要是因為Tsekhmistrenko 和她的同事們研究的地震波只能間接地揭示我們星球的內部結構。波運動的快慢取決於它們所經過的物質的溫度和組成，然後，測量地表運動的儀器再對這些波進行探測並分析，以解釋這些波所經過的結構。

不幸的是，這種方法很難地將溫暖、緻密的物質與較冷、較輕的物質區分開來，這給解釋留下了很大的錯誤空間。

劍橋大學地球物理學家Sanne Cottaar繪製了大量的地幔團地圖，她認為這些地幔團是在地球歷史早期沉入地幔底部的高密度岩石。「它們位於較熱的地核之上，因此隨著時間的推移會變熱，而高溫會降低它們的密度，」她在一封電子郵件中說。

這些地幔團就像鍋蓋一樣——最後爐子里的熱量把鍋里的東西燒開並溢出來，這有時甚至會造成災難性的後果。

生活在一個洋蔥星球上

這個結論與Romanowicz提出地球內部是一系列重疊的洋蔥狀層的觀點相一致。科學家們過去常常把地幔想像成一個單一的東西，在來自地核熱量的影響下緩慢地攪動，他們的結論認為，地球由一個完整的上下循環拉扯著地殼，移動著大陸，重塑著海洋。

Romanowicz說：「學界里有越來越多的人認識到事情並沒有那麼簡單。相反，洋蔥的每一層似乎都有自己的歷史和演變。410英里深度地幔的轉變與地幔岩石結構的突變有關。在Romanowicz研究的600英里深度區域，上升的地幔柱似乎存在彎曲和偏轉，就好像它們撞上了一堵牆：「這個還有待研究。」

地幔下的岩層也顯示出了驚人的複雜性。外核是一種熔化的鐵合金，它就像海水一樣可以容易流動。Cottaar說：「它的循環速度與海洋相似，而且非常動蕩。」

這種湍流是至關重要的，因為它會產生包裹著行星的磁場，保護地球免受太陽風暴和宇宙輻射的傷害，但有點煩人的是它可能會導致磁場突然「打嗝」，甚至完全倒轉。

地球的中心是內核，一個760英里寬的鐵球。地震研究表明，它由鐵晶體組成，這些鐵晶體比太陽表面還要熱，但在巨大的壓力下還保持著固態。它是地球內部最年輕的主要結構，在不到10億年前才開始從核心的液體部分中冷卻出來。而更奇怪的是，內核的自轉速度比地球的其他部分略快。

Romanowicz說：「關於地核的結構我們還有很多很多問題。

回到地球的起源

研究的最終目標是將地球上所有的洋蔥層與我們星球的形成方式聯繫起來，而這反過來又將有助於解釋地球是怎樣變成今天這樣這麼適宜人類居住的環境。加州理工學院(California Institute of Technology)的行星科學家戴維·J·史蒂文森(David J. Stevenson)將這個故事追溯到45億年前，當時地球受到一個火星大小的行星撞擊。

那次撞擊激起的碎片被認為是月球的成因，但這次撞擊也重塑了我們的星球。

「這次巨大的撞擊可能融化或者攪動了地球深處的一部分，最終由此引起了地核液體與地核固體、核心物質與地幔物質的分離，為我們現在所看到的這種狀態打下了基礎。岩心、地幔團塊和地幔層狀構造都可能起源於那個早期狀態。」

Romanowicz希望通過建立太平洋陣列來探索更多的地球內部歷史，太平洋陣列是一個基於海洋的運動探測器網路，這個陣列將為科學家們研究地震波如何通過地球內部提供一種新的觀察方式。她說：「我們中的一些科學家已經對此研究了30年了，我們需要用它來照亮下地幔。」

對於Stevenson來說，他終極的夢想是像儒勒·凡爾納那樣向下探索。有一段時間，他甚至提出了建造一個可以一直到達地核的探測器的想法。他說：「這是一個半開玩笑的想法，但如果能有東西對地幔進行適當的取樣那肯定很好。你不去一個地方，你當然不會知道那裡是怎麼樣，我很同意這個觀點，不過這個『你』當然是個機器人了。」

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