地球最外層地殼與下伏地幔之間的邊界點綴著神秘的斑點狀區域。科學家們長期以來就知曉這些被稱為超低速帶的奇怪區域。它們減緩了地震波，並且可能是深地幔柱的罪魁禍首，深地幔柱可能會導致火山熱點，例如形成黃石國家公園或夏威夷群島的熱點。
研究人員對這些超低速帶的構成和形成提出了許多解釋。但是，這些想法都不完全符合資料，特別是考慮到某些區域彼此之間的行為方式差異很大。
現在，一個科學家團隊正在提出一種新模型，該模型不僅包括可行的成分，還包括超低速帶的合理起源故事。即便如此，這項研究背後的科學家也承認，對於超出他們新發現範圍的其他型別的神秘地下區域，可能存在不同甚至個別的變異。[地球在眨眼之間變化的 7 種方式]
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超低速帶所在的核幔邊界極其炎熱和高壓——以至於當構造板塊透過俯衝推入地殼下方時，它們會被熔化並回收到地幔中。壓力水平達到海平面壓力的 90 萬倍，溫度可能超過 3,000 華氏度（1,649 攝氏度）。
當斯坦福大學的地質學家團隊在實驗室中重現這些條件以嘗試複製超低速帶時，他們發現鐵——地球上更豐富的礦物質之一，也是可能解釋這些區域的候選材料——與海水反應生成了一種富含氫原子的過氧化鐵，根據新的研究。
這種額外的氫使過氧化鐵在極端條件下保持穩定，並且比周圍的礦物質更緻密，從而產生了與地幔其他部分表現不同的獨特區域。然後，科學家們基於當前關於地球地幔、超低速帶和他們最佳假設的科學知識進行了理論分析，發現氫化過氧化鐵會如預期那樣干擾地震衝擊波。如果沒有新增氫，情況就並非如此。
“我們為我們的化合物計算出的低聲速與 ULVZ [超低速帶] 中地震觀測到的情況非常吻合，”參與這項研究的地質學家劉進說。
研究人員在浸沒在水中的鐵箔片上進行了實驗，然後用雷射對其加壓和加熱，但他們認為地球地殼下的自然條件也可能產生他們認為構成超低速帶的過氧化鐵。
海水經常與俯衝構造板塊一起被強行推入地殼下方，在那裡它與豐富的鐵相互作用。科學家們計算出，每年約有 2.2 萬億磅（1 萬億公斤）的水被推入地幔。其中大部分透過火山活動返回地表，但約有 6400 億磅（3000 億公斤）的水繼續進入更深的地幔，在那裡它可以與鐵發生反應。研究人員假設這個過程已經持續了地球存在的 45 億年，他們說，所有已知的超低速帶都可能以這種方式形成，即使每年只有 1000 億磅（450 億公斤）的水——地球上所有海洋水的十分之一——與鐵發生反應。
這種新發現的機制，於 11 月 22 日在《自然》雜誌上詳細介紹，可能會使人們更好地瞭解地球表面深處的工作原理。
“ULVZ 可能暗示核心、地幔和地球表面之間的迴圈比我們想象的要大得多，”領導研究團隊的斯坦福大學地質學家 Wendy Mao 說。
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