早期地球的自转,有助于形成熔融岩浆海洋!

早期地球是一个地狱般的地方:炎热、躁动、快速旋转并受到太空碎片的撞击,其中包括一个火星大小的天体,它的撞击造就了月球。

早期地球是一个地狱般的地方:炎热、躁动、快速旋转并受到太空碎片的撞击,其中包括一个火星大小的天体,它的撞击造就了月球。同样的撞击也把新形成的地球整个表面变成了熔岩海洋。现在,新研究发现,地球的快速自转可能已经影响了这片熔融海洋的冷却方式。

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新研究发现,地球自转速度可能影响了硅酸盐矿物在岩浆海洋凝固时结晶和沉淀的位置。德国明斯特大学地球物理学家克里斯蒂安·马斯(Christian Maas)表示,硅酸盐和其他矿物的不均匀积累可能影响了板块构造的开始,甚至可能有助于解释今天地幔的奇怪组成。

早期地球的自转,有助于形成熔融岩浆海洋!

博科园-科学科普:Maas是这项新研究的主要作者,该研究探索了古代岩浆海洋是如何冷却的,以及其中的矿物质是如何结晶的。这些过程都开始于45亿年前,在地球形成后不久,一个火星大小的行星撞上了这个新生行星。撞击产生的碎片形成了月球,同时也产生了大量的热量,地球表面变成了几千英里深的岩浆海洋。了解岩浆海洋的样子真的很重要,随着滚烫的岩浆逐渐冷却,它为接下来的地质学研究奠定了基础,包括板块构造和地球现代分层的幔壳结构。有一件事没有很多研究人员考虑过,那就是地球自转会如何影响冷却。Maas和同事通过计算机模拟解决了这个问题,模拟了构成地壳一大块硅酸盐矿物的结晶过程。

早期地球的自转,有助于形成熔融岩浆海洋!

模拟结果显示,地球自转速度影响了岩浆海洋冷却初期硅酸盐的落点,而岩浆海洋冷却可能发生在1000年到100万年之间。随着缓慢的旋转,在每转8到12小时的范围内,晶体保持悬浮状态,均匀地分布在整个岩浆海洋中。随着旋转速度的增加,晶体的分布发生了变化。以中等或高速,这些晶体迅速沉降到南北两极的海底,并移动到赤道附近岩浆海的下半部分。在中纬度地区,晶体保持悬浮状态,分布均匀。在最快的旋转速度下(大约3到5个小时的完整旋转)无论纬度如何,这些晶体都聚集在岩浆海洋的底部。然而,由于极地附近滚烫岩浆的对流作用,多次导致结晶向上冒泡,结晶层并不十分稳定。

早期地球的自转,有助于形成熔融岩浆海洋!

图片:Diego Barucco/Shutterstock

科学家们并不知道早期地球自转的速度到底有多快,但他们估计,在岩浆海洋存在时,地球自转的速度大约为2到5个小时。这项研究发表在即将出版的《地球与行星科学快报》(Earth and Planetary Science Letters) 5月刊上,没有考虑其他类型的矿物,也没有对岩浆海洋结晶第一阶段之后的硅酸盐分布进行建模,下一步是在模型中添加其他矿物类型。研究人员对研究后来的行星撞击也很感兴趣,在这次形成月球的巨大撞击后不久,地球可能被更小的太空岩石击中。如果地球自转导致岩浆海洋结晶不均匀,那么这些星际碎片中的矿物质可能会以非常不同的方式融入地球,这取决于它们落在哪里。

目前还不清楚今天的地幔是否还保留着这一炽热开端的痕迹。现代地幔有点神秘。特别令人困惑的是“团块”,这是两个大陆大小的热岩区域,它们总是会减慢地震中通过的地震波速度。这些“水滴”被称为“大低速剪切带”,或者LLSVPs,它们的高度都是珠穆朗玛峰的100倍,但是没有人知道它们是由什么构成的,也没有人知道它们为什么在那里。在今天的地幔异常(如斑点)和早期地球的古岩浆海洋之间,仍有许多点没有联系。也许那片火海的所有痕迹早就被地质力量抹去了。但是弄清楚这颗行星最初的固体表面是什么样子有助于解释它是如何演化到现在的状态。

博科园-科学科普|参考期刊文献:《地球和行星科学快报》

文: Stephanie Pappas/Live Science

DOI: 10.1016/j.epsl.2019.02.016

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