本文来自微信公众号：SF 中文（ID：kexuejiaodian），作者：SF
如果问你，地球内部的结构如何。想必你能回答出地球由地壳、地幔和地核 3 层圈层结构构成，而且地核又分为液态的外核和固态的内核。现在通常认为，地球的内部结构就像树桩上一圈一圈的年轮。不过，一些新研究告诉你，地球的结构远没有如此简单。
人类上天的历史已有百余年，人类突破大气层的历史也有 60 多年，甚至人类第一次踏足几十万千米外的星球也已经过去了 50 多年，但人类深入地下的纪录仅仅刚超过 12 千米。可见，深入地球内部要比飞向太空难得多。
可以说，我们对地球的了解远不如太空。就比如，对于形成地球磁场至关重要的地核，过去科学家普遍认为，构成地球外核的液态铁合金混合良好，而且分布均匀。但近 40 年来，一些探测结果让这种观点充满争议。
2024 年 8 月，一篇发表于《科学・进展》（Science Advances）的文章给出了一份地球外核分布不均匀的有力证据 —— 在外核发现了类似甜甜圈的结构。
1、地球外核套着一层甜甜圈
中国和澳大利亚的科学家选用了分布于全球的地震台站测得的地震尾波（地震图上清晰震相的后续部分）数据，这些数据监测于 2000 年 —2021 年，都源自矩震级大于或等于 6.8 级的大地震。
科学家对这些地震数据进行了计算和处理，并以南北纬 35° 为界把地震数据按地震台站所处的纬度位置分为了“极地组”（纬度高于 35°）和“赤道组”（纬度低于 35°）。他们发现，极地组的地震尾波通过地球内部的时间短于赤道组，时差可达 3～5 秒。
导致这种时间差异的原因有很多，主要包括地球的椭圆度、地幔的异质性、核幔边界的地形、外核的不均匀性和内核的结构。经过分析，科学家排除了地球的椭圆度、地幔的异质性、核幔边界的地形、内核的结构的影响。那么，造成这种通过时间差异的原因就只剩下外核的不均匀性了。
科学家通过建模，解答了怎样的不均匀性才能导致如此的时间差异。他们发现，当外核在低纬度区存在一个类似甜甜圈的环状结构，而且与周围外核区域相比，这个环状结构是一个地震波的低速区时，模型拟合的数据与实际探测的数据更相符。
2、慢速区是甜甜圈还是远古海洋？
这项研究的结果看起来有理有据，但对于“地幔和外核相交的区域到底是怎样的”这个问题，不同的科学家有不同的解释。或许，他们说的都对，这里就是如此纷繁复杂，可能分布着很多我们想象不到的景观。
美国亚拉巴马大学的地质学家通过地震波研究发现，外核被一片薄薄的“海洋”包裹，这片海洋深 5～40 千米。远古海洋是如何来到核幔边界的呢？在板块运动的过程中，远古海洋的底部被不断地推入地球内部，从而形成了这层包裹外核的慢速区。
2024 年 5 月，中国科学家发表了他们对于这片区域的最新研究成果。他们推断，在核幔边界处，存在一个神秘的 D”层。这是一片岩浆海洋，科学家认为，在地球早期，一个火星大小的天体撞击了地球，形成了一片覆盖整个地球表面的岩浆海洋，而 D” 层就是这片岩浆海洋留下的遗迹。更令人意想不到的是，在这片岩浆海洋中存在大量的水。至于这些水是怎么来的，目前科学家还没有给出确切的结论。
参考文献：
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https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adn5562#body-ref-R5
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https://academic.oup.com/nsr/article/11/7/nwae169/7671154?login=false