早期地球是一個地獄般的地方：炎熱、躁動、快速旋轉(zhuǎn)并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巖海洋?，F(xiàn)在，新研究發(fā)現(xiàn)，地球的快速自轉(zhuǎn)可能已經(jīng)影響了這片熔融海洋的冷卻方式。新研究發(fā)現(xiàn)，地球自轉(zhuǎn)速度可能影響了硅酸鹽礦物在巖漿海洋凝固時結(jié)晶和沉淀的位置。德國明斯特大學地球物理學家克里斯蒂安·馬斯(Christian Maas)表示，硅酸鹽和其他礦物的不均勻積累可能影響了板塊構(gòu)造的開始，甚至可能有助于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，該研究探索了古代巖漿海洋是如何冷卻的，以及其中的礦物質(zhì)是如何結(jié)晶的。這些過程都開始于45億年前，在地球形成后不久，一個火星大小的行星撞上了這個新生行星。撞擊產(chǎn)生的碎片形成了月球，同時也產(chǎn)生了大量的熱量，地球表面變成了幾千英里深的巖漿海洋。
了解巖漿海洋的樣子真的很重要，隨著滾燙的巖漿逐漸冷卻，它為接下來的地質(zhì)學研究奠定了基礎(chǔ)，包括板塊構(gòu)造和地球現(xiàn)代分層的幔殼結(jié)構(gòu)。有一件事沒有很多研究人員考慮過，那就是地球自轉(zhuǎn)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(gòu)成地殼一大塊硅酸鹽礦物的結(jié)晶過程。
模擬結(jié)果顯示，地球自轉(zhuǎn)速度影響了巖漿海洋冷卻初期硅酸鹽的落點，而巖漿海洋冷卻可能發(fā)生在1000年到100萬年之間。隨著緩慢的旋轉(zhuǎn)，在每轉(zhuǎn)8到12小時的范圍內(nèi)，晶體保持懸浮狀態(tài)，均勻地分布在整個巖漿海洋中。隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加，晶體的分布發(fā)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，并移動到赤道附近巖漿海的下半部分。在中緯度地區(qū)，晶體保持懸浮狀態(tài)，分布均勻。在最快的旋轉(zhuǎn)速度下（大約3到5個小時的完整旋轉(zhuǎn)）無論緯度如何，這些晶體都聚集在巖漿海洋的底部。然而，由于極地附近滾燙巖漿的對流作用，多次導致結(jié)晶向上冒泡，結(jié)晶層并不十分穩(wěn)定。
科學家們并不知道早期地球自轉(zhuǎn)的速度到底有多快，但他們估計，在巖漿海洋存在時，地球自轉(zhuǎn)的速度大約為2到5個小時。這項研究發(fā)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，也沒有對巖漿海洋結(jié)晶第一階段之后的硅酸鹽分布進行建模，下一步是在模型中添加其他礦物類型。研究人員對研究后來的行星撞擊也很感興趣，在這次形成月球的巨大撞擊后不久，地球可能被更小的太空巖石擊中。如果地球自轉(zhuǎn)導致巖漿海洋結(jié)晶不均勻，那么這些星際碎片中的礦物質(zhì)可能會以非常不同的方式融入地球，這取決于它們落在哪里。
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(xiàn)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巖區(qū)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么構(gòu)成的，也沒有人知道它們?yōu)槭裁丛谀抢?。在今天的地幔異?如斑點)和早期地球的古巖漿海洋之間，仍有許多點沒有聯(lián)系。也許那片火海的所有痕跡早就被地質(zhì)力量抹去了。但是弄清楚這顆行星最初的固體表面是什么樣子有助于解釋它是如何演化到現(xiàn)在的狀態(tài)。
博科園-科學科普｜參考期刊文獻:《地球和行星科學快報》
文: Stephanie Pappas/Live Science
DOI: 10.1016/j.epsl.2019.02.016
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