科學也可以如此靠近

45億年前地球自轉,有助於形成熔融岩漿海洋!

5月
09
2019

2019年5月09日17時 博科園

博科園

早期地球是一個地獄般的地方:炎熱、躁動、快速旋轉並受到太空碎片的撞擊,其中包括一個火星大小的天體,它的撞擊造就了月球。同樣的撞擊也把新形成的地球整個表面變成了熔岩海洋。現在,新研究發現,地球的快速自轉可能已經影響了這片熔融海洋的冷卻方式。新研究發現,地球自轉速度可能影響了矽酸鹽礦物在岩漿海洋凝固時結晶和沉澱的位置。德國明斯特大學地球物理學家克里斯蒂安·馬斯(Christian

Maas)表示,矽酸鹽和其他礦物的不均勻積累可能影響了板塊構造的開始,甚至可能有助於解釋今天地幔的奇怪組成。

博科園-科學科普:Maas是這項新研究的主要作者,該研究探索了古代岩漿海洋是如何冷卻的,以及其中的礦物質是如何結晶的。這些過程都開始於45億年前,在地球形成後不久,一個火星大小的行星撞上了這個新生行星。撞擊產生的碎片形成了月球,同時也產生了大量的熱量,地球表面變成了幾千英里深的岩漿海洋。

了解岩漿海洋的樣子真的很重要,隨著滾燙的岩漿逐漸冷卻,它為接下來的地質學研究奠定了基礎,包括板塊構造和地球現代分層的幔殼結構。有一件事沒有很多研究人員考慮過,那就是地球自轉會如何影響冷卻。Maas和同事通過計算機模擬解決了這個問題,模擬了構成地殼一大塊矽酸鹽礦物的結晶過程。

模擬結果顯示,地球自轉速度影響了岩漿海洋冷卻初期矽酸鹽的落點,而岩漿海洋冷卻可能發生在1000年到100萬年之間。隨著緩慢的旋轉,在每轉8到12小時的範圍內,晶體保持懸浮狀態,均勻地分布在整個岩漿海洋中。隨著旋轉速度的增加,晶體的分布發生了變化。以中等或高速,這些晶體迅速沉降到南北兩極的海底,並移動到赤道附近岩漿海的下半部分。在中緯度地區,晶體保持懸浮狀態,分布均勻。在最快的旋轉速度下(大約3到5個小時的完整旋轉)無論緯度如何,這些晶體都聚集在岩漿海洋的底部。然而,由於極地附近滾燙岩漿的對流作用,多次導致結晶向上冒泡,結晶層並不十分穩定。

圖片:Diego Barucco/Shutterstock

科學家們並不知道早期地球自轉的速度到底有多快,但他們估計,在岩漿海洋存在時,地球自轉的速度大約為2到5個小時。這項研究發表在即將出版的《地球與行星科學快報》(Earth and Planetary Science Letters)

5月刊上,沒有考慮其他類型的礦物,也沒有對岩漿海洋結晶第一階段之後的矽酸鹽分布進行建模,下一步是在模型中添加其他礦物類型。研究人員對研究後來的行星撞擊也很感興趣,在這次形成月球的巨大撞擊後不久,地球可能被更小的太空岩石擊中。如果地球自轉導致岩漿海洋結晶不均勻,那麼這些星際碎片中的礦物質可能會以非常不同的方式融入地球,這取決於它們落在哪裡。

目前還不清楚今天的地幔是否還保留著這一熾熱開端的痕跡。現代地幔有點神秘。特別令人困惑的是「團塊」,這是兩個大陸大小的熱岩區域,它們總是會減慢地震中通過的地震波速度。這些「水滴」被稱為「大低速剪切帶」,或者LLSVPs,它們的高度都是珠穆朗瑪峰的100倍,但是沒有人知道它們是由什麼構成的,也沒有人知道它們為什麼在那裡。在今天的地幔異常(如斑點)和早期地球的古岩漿海洋之間,仍有許多點沒有聯繫。也許那片火海的所有痕跡早就被地質力量抹去了。但是弄清楚這顆行星最初的固體表面是什麼樣子有助於解釋它是如何演化到現在的狀態。


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