45 亿年前与火星大小的行星发生碰撞可能对我们星球的深层地幔造成永久性影响。

艺术家对冥界的印象，早期的地球可能被一颗叛逆的火星大小的行星撞击。 （图片来源：Tim Bertelink，CC 4.0）

新的研究表明，地核外的一种神秘、超高密度结构可能是古代行星际碰撞的残余物。

这些奇特的结构是已知的作为超低速区（ULVZs），因为所产生的地震波的地震通过这些区域不是通过周围的地幔行进约50％更慢。这意味着 ULVZ 也比地幔的其他部分密度更大，并且可能有更重的元素组成。

很难对这些致密的岩石团做出任何肯定的说法，因为超低空地带位于地球表面以下仅 1,800 英里（2,900 公里）处——一组聚集在非洲深处，另一组聚集在太平洋下方，那里的岩石地幔和液态金属外核相遇。这对人眼来说太深了；只有地震数据才能提供有关超低电压带的大小、形状和结构的线索。

现在，使用新的计算机模型和来自澳大利亚和新西兰深处的新地震观测，研究人员可能已经为 ULVZ 难题增加了重要的一块。根据 2021 年 12 月 30 日发表在《自然地球科学》杂志上的一项研究，这些区域不是统一的结构，而是似乎由亿万年来积累的不同材料层构成。

“最令人惊讶的发现是，超低速区不是同质的，而是在其中包含强烈的结构和成分变化，”该研究的主要作者、澳大利亚国立大学博士后学者 Surya Pachhai在一份声明中说。“这种类型的 ULVZ 可以用地球历史开始时产生的化学变化来解释，在 45 一年的地幔对流之后仍然没有很好地混合。”

（地幔对流是地球地幔中的固体岩石根据热流缓慢移动的过程。）

在他们的计算机模拟显示 ULVZ 内可能存在分层或混合结构后，研究人员提供出了这些结构的可能起源故事——这个故事始于 40 亿多年前，大约是地球早期岩石地壳首次形成的时候。在地表之下，较重的元素，如铁，正在向行星核心下沉，而较轻的元素，如硅，则向地幔上升。

当一颗被称为 Theia 的火星大小的行星直接撞击早期地球时，这个组织都陷入了混乱——这是研究人员称之为巨大撞击假说的古老灾难。帕查伊说，这次碰撞可能将大量碎片散布到地球的轨道上——可能导致月球的形成——同时也提高了整个星球的温度，并在地球表面形成了一个巨大的岩浆“海洋”。

研究人员说，碰撞过程中形成的各种岩石、气体和晶体会散布在这片岩浆海洋中，但不会永远散落。在接下来的数十亿年中，较重的物质会向地幔底部下沉，然后是较轻的物质——最终在核心-地幔边界处形成铁和其他元素的密集层状结构。随着地幔随着时间的推移而搅动，这个致密地层会分离成更小的团块，散布在下地幔中——有效地为我们提供了我们今天所知道的 ULVZ。

研究人员补充说，这种情况可能无法解释所有超低电压带的来源，因为也有一些证据表明，其他现象——例如融化的洋壳沉入地幔——可以解释超低电压带。然而，该团队的模型表明，巨大的撞击假说可靠地解释了密集的分层区域是如何产生的。