地球最外层地壳与下伏地幔之间的边界点缀着神秘的斑点状区域。科学家们长期以来就知晓这些被称为超低速带的奇怪区域。它们减缓了地震波，并且可能是深地幔柱的罪魁祸首，深地幔柱可能会导致火山热点，例如形成黄石国家公园或夏威夷群岛的热点。
研究人员对这些超低速带的构成和形成提出了许多解释。但是，这些想法都不完全符合数据，特别是考虑到某些区域彼此之间的行为方式差异很大。
现在，一个科学家团队正在提出一种新模型，该模型不仅包括可行的成分，还包括超低速带的合理起源故事。即便如此，这项研究背后的科学家也承认，对于超出他们新发现范围的其他类型的神秘地下区域，可能存在不同甚至个别的变异。[地球在眨眼之间变化的 7 种方式]
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超低速带所在的核幔边界极其炎热和高压——以至于当构造板块通过俯冲推入地壳下方时，它们会被熔化并回收到地幔中。压力水平达到海平面压力的 90 万倍，温度可能超过 3,000 华氏度（1,649 摄氏度）。
当斯坦福大学的地质学家团队在实验室中重现这些条件以尝试复制超低速带时，他们发现铁——地球上更丰富的矿物质之一，也是可能解释这些区域的候选材料——与海水反应生成了一种富含氢原子的过氧化铁，根据新的研究。
这种额外的氢使过氧化铁在极端条件下保持稳定，并且比周围的矿物质更致密，从而产生了与地幔其他部分表现不同的独特区域。然后，科学家们基于当前关于地球地幔、超低速带和他们最佳假设的科学知识进行了理论分析，发现氢化过氧化铁会如预期那样干扰地震冲击波。如果没有添加氢，情况就并非如此。
“我们为我们的化合物计算出的低声速与 ULVZ [超低速带] 中地震观测到的情况非常吻合，”参与这项研究的地质学家刘进说。
研究人员在浸没在水中的铁箔片上进行了实验，然后用激光对其加压和加热，但他们认为地球地壳下的自然条件也可能产生他们认为构成超低速带的过氧化铁。
海水经常与俯冲构造板块一起被强行推入地壳下方，在那里它与丰富的铁相互作用。科学家们计算出，每年约有 2.2 万亿磅（1 万亿公斤）的水被推入地幔。其中大部分通过火山活动返回地表，但约有 6400 亿磅（3000 亿公斤）的水继续进入更深的地幔，在那里它可以与铁发生反应。研究人员假设这个过程已经持续了地球存在的 45 亿年，他们说，所有已知的超低速带都可能以这种方式形成，即使每年只有 1000 亿磅（450 亿公斤）的水——地球上所有海洋水的十分之一——与铁发生反应。
这种新发现的机制，于 11 月 22 日在《自然》杂志上详细介绍，可能会使人们更好地了解地球表面深处的工作原理。
“ULVZ 可能暗示核心、地幔和地球表面之间的循环比我们想象的要大得多，”领导研究团队的斯坦福大学地质学家 Wendy Mao 说。
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