相信許多人都聽說過這樣一個故事，在大約45億年前，一顆火星大小的原行星——忒伊亞（Theia）與年輕的原地球發(fā)生了猛烈的撞擊。這次撞擊所噴射出的碎片，最終聚集在一起形成了月球。

盡管這是主流的月球形成理論，但它常常因為一些難以解釋的細(xì)節(jié)而受到挑戰(zhàn)。比如，科學(xué)家就從未在小行星帶或隕石中，發(fā)現(xiàn)過忒伊亞的痕跡。那么，除了形成月球的物質(zhì)之外，其他的撞擊碎片都去哪了？在一篇于2023年11月1日發(fā)表于《自然》雜志上的新研究中，研究人員認(rèn)為忒伊亞大部分的物質(zhì)都被年輕的地球吸收了！

這是怎么回事呢？讓我們從地球內(nèi)部的異常發(fā)現(xiàn)說起。

地球內(nèi)部的異常物質(zhì)體

我們生活在地球的地殼上，這是一層薄薄的堅硬巖石；地球的中心是主要由鐵鎳構(gòu)成的**地核**；而在地殼和地核之間則是**地幔**。

上世紀(jì)80年代，地球物理學(xué)家驚奇地發(fā)現(xiàn)，在靠近地核的地幔底部，有兩個巨大的、神秘的異常物質(zhì)體，一個位于非洲大陸之下，另一個在太平洋之下。

這兩團(tuán)異常物質(zhì)體的密度比周圍環(huán)境略高，這表明與地幔的其他部分相比，它們可能是由不同比例的元素構(gòu)成的。我們知道，在不同的物質(zhì)中，地震波的傳播速度是不同的，而當(dāng)?shù)卣鸩ù┻^在地幔底部延綿數(shù)千公里的這些異常巖層時，地震波的波速會明顯降低。因此，這兩塊神秘的異常物質(zhì)體也被稱為大型剪切波低速體（LLSVPs）。

LLSVPs對地幔的演化、超大陸的分離和聚集，以及地球的構(gòu)造板塊結(jié)構(gòu)都具有重要意義。但問題是，它們是從哪里來的？

它們是如何形成？

地球物理學(xué)家袁遷是新論文的第一作者，他與合作者為忒伊亞的化學(xué)成分及其對地球的影響建立了不同的模型，模擬了忒伊亞地幔和地球地幔從碰撞到現(xiàn)在的相互作用。模擬結(jié)果證實，忒伊亞與地球的碰撞的確有可能導(dǎo)致LLSVPs和月球的形成：

猛烈的撞擊導(dǎo)致忒伊亞的大部分物質(zhì)與地球地幔結(jié)合在一起，地球上地幔的熔化層將一些物質(zhì)卷入，變成地球物質(zhì)；還有一部分來自忒伊亞的物質(zhì)則通過地球地幔的熔化層，下沉到基本為固體的下地幔底部，然后在那里聚集并結(jié)晶，最終形成我們今天在地核與地幔邊界探測到的兩個獨立的LLSVPs；與此同時，一些由撞擊產(chǎn)生的忒伊亞的剩余碎片則被拋入軌道，聚結(jié)成了月球。

模擬表明，忒伊亞地核的很大一部分（相當(dāng)于今天地球質(zhì)量的3%）留在了我們的地球上。與此同時，忒伊亞的地幔中有很大一部分（約占地球質(zhì)量的5%），嵌入了地球地幔最上層的1400千米左右的地方。

有待進(jìn)一步驗證

不過，要想進(jìn)一步確認(rèn)新的研究，還需要進(jìn)行更多的測試，比如研究人員可以通過比較來自地幔和月球的巖石樣本來驗證這些模型。研究人員表示，他們的下一步計劃是研究這些大型低速體對地球的早期演化產(chǎn)生了什么影響。他們希望，這項研究將能揭示是什么使地球如此獨特，甚至為理解太陽系之外的系外行星的形成和宜居性提供靈感。

本文為科普中國·星空計劃扶持作品

團(tuán)隊：原理

審核：張玉修（中國科學(xué)院地球與行星科學(xué)學(xué)院）

出品：中國科協(xié)科普部

監(jiān)制：中國科學(xué)技術(shù)出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司

#參考來源：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06589-1

https://www.caltech.edu/about/news/the-remains-of-an-ancient-planet-lie-deep-within-earth

https://english.cas.cn/head/202310/t20231026_394367.shtml

https://www.nature.com/articles/d41586-023-03385-9#ref-CR2