幾十年前，地球物理學家首次通過地震波繪製出了地球深處的內部地圖。科學家發現地球內部像洋蔥一樣呈層狀結構，也許通過課本上大家都已經知道，就是地核、地幔和地殼。更重要的是，科學家還發現在地球內部的深處，存在兩個異常巨大的模糊輪廓，以某種未知形式，在地球的深處發出可探測的地震波。
多年來，即使通過更高精度的探測，在地球內部始終可以顯示出和十幾年前一樣的斑點狀特徵。其中一處位於非洲之下，另一處在太平洋下面。他們潛伏在地球內液態鐵與岩石地幔交界的地方，像是漂浮在地球深處的巨型大陸。它們的最高點可能超過珠穆朗瑪峰的高度的100倍，假設將它們以某種形式浮出地表，它們包含著足夠覆蓋地表100千米厚的巨量物質。
“這就像在天上放一個物體，然後問，'是月亮嗎？'。“不。” “是太陽嗎？”，“不“。是什麼？我們一無所知！”馬里蘭大學地震學家韋德蘭·萊基奇（VedranLekić）說。 “無論它是什麼，它都與地球的演化密切相關。”
第一個需要回答的問題是，這些巨大但隱藏的地震特徵，它們是否由與地球其他部分不同的物質組成？第二個需要回答的問題是，地球深部顯示的異常，在地表世界留有什麼樣的痕跡？
目前，兩個問題都都沒有解決。但是近年來，許多地質學家已經開始證明這些模糊的形狀是成堆的緻密，燃燒著的岩石，這些岩石可能是伴隨地球的第一縷曙光而同步產生的。過去幾年的多項研究認為，它們的存在可能影響著像夏威夷火山島鏈這樣模式的形成。
亞利桑那州立大學地震學家埃德·加納羅（Ed Garnero）說：“這些是地球上最大的東西。” “直到最近我才開始思考，哇，這可能是非常深遠的發現。”
問題的關鍵
如果全能的科學家，同時也是一位插畫家，能夠將地球減半，他們首先需要切穿我們賴以生存的薄薄的地殼，然後穿過岩石地幔，在距離地球核心大約2900公里處，我們才能撞擊到地幔-地核邊界。
為了繪製地球深部的地圖，地震學家使用了地震波作為工具。當地震波向外傳播時，它們會根據穿過的介質不同而改變速度。這導致它們在不同的時間到達不同的觀測點。 1984年，哈佛大學的研究員Adam Dziewonski首先將來自許多不同地震觀察站的數據整合到一張全球地圖中，立刻出現了兩個斑點，附著在地核的兩側。
在這些地區，地震波似乎在減慢，這表明斑點處比周圍的地幔溫度更高。我們怎麼知道呢？因為加熱後岩石會膨脹。 亞利桑那州立大學地震學家Garnero說，這導致地震波在高溫區域傳播變慢，就好比緩慢的振動通過鬆散的吉他弦一樣。
根據低速地震波的特徵，科學家對其進行了正式命名：大型低速剪切域（簡稱LLSVP），這一縮寫可能直接導致公眾對此並未重視。 劍橋大學的地震學家桑妮·科塔爾（Sanne Cottaar）說：“我們也應為此負責，因為它嚴重地誤用了這個名稱。”
劍橋大學的地震學家桑妮·科塔爾
最初，地質學家認為這些溫熱的斑塊明顯的特徵就是溫度高，僅此而已。一些人現在依然如此。
持這種觀點的學派認為，斑點反應的只是熱特徵。隨著時間的流逝，地幔像一鍋難熬的慢鍋一樣沸騰。熱量從地幔接觸核心的底部散發出來，這種熱量導致地幔中的岩石呈羽狀飄散。在地震學家繪製斑點的地方，他們可能只是看到世界上最大的模糊的熱羽團簇區域。
在這種觀點指導下，斑點大部分由與地幔其餘部分相同的物質組成。它們的位置是依據板塊構造，由上方決定的，而不是由這些區域固有的和特異的東西決定的。在稱為俯衝消減的地質過程中，地殼中的一個板塊被推到另一塊之下時，它就會下沉。這會將較冷的岩石送入地幔。
倫敦帝國理工學院的薩斯基亞·戈斯（Saskia Goes）表示，在過去的幾億年中，整個斑點區域都沒有俯衝板塊。 “正是由於缺乏冷的物質，這些區域才變得相對較熱。”
同時，持對立觀點的陣營毫不懷疑地認為，熱羽團簇區域是從熱的斑點區域冒出的。他們只是爭辯說，斑點本身就是特殊的。
自2000年代中期以來，幾個地震學家小組研究了僅穿過這些地區邊緣的地震信號。這些信號顯示出複雜的模式，表明這些波正在掠過相對較脆的邊界。這表明斑點的邊緣標誌著物質成分之間的過渡，而不僅僅是溫度。
按照這種觀點，斑點就是所謂的熱化學堆，是具有獨特化學成分的密集岩石塊。由於它們與地核的長時間接觸，它們比其餘的地幔更熱，導致出現羽狀萌芽。
假設這些斑點成分不同，它們可能是初生地球上最後倖存的殘留物。一個主要的觀點是，它們是在地球誕生後不久，整個下地幔都是岩漿海時形成的。巴黎高等師範學院的尼古拉斯·科爾蒂斯（Nicolas Coltice）說，岩石開始冷卻並結晶，但鐵在岩漿海中保持熔化。然後，當最後的岩漿殘渣結晶時，它們是如此緻密和富含鐵，以至於它們密度過大沉入地幔底部，形成目前觀察到的斑點。
在那裡，它們本來可以抵抗整個早期地球上最大的災難：一種假想的撞擊，它與一個名為Theia的火星大小的物體相撞，最終誕生了月球。加納羅（Garnero）推測，或者，密密麻麻的岩石堆甚至可能是Theia本身的碎片，永遠埋沒在地球深部。
僅從熱本身觀點來看，板塊構造是地球演化中真正的推動者和顛覆者，它決定了上湧發生的位置。但是熱化學堆觀點認為，熱的，重的，穩定的斑點將與地表構造系統進行更多的物質或熱量交換。來自俯衝板塊的冷物質緩慢到達斑點處；反過來，來自溫暖斑點的上升熱量會將板塊向上推。
熱點之謎
為了測試這些斑點的影響程度，科學家們將目光投向了夏威夷。 在過去的一些年，研究人員期待通過這些”熱點“來解決那裡兩個長期存在的難題。
夏威夷島鏈
首先是夏威夷-帝王島鏈，一片島嶼和水下山脈。 這條鏈條始於仍在增長的大島，全長6200公里，在俄羅斯附近結束。 地質學家長期以來一直將鏈條解釋為一個熱點：隨著太平洋板塊在固定的地幔柱上滑動，該柱柱從下方推動了新的火山島。
唯一的麻煩是島鏈是彎曲的， 鏈條中間的點是60度的扭結。 地球物理學家認為，這種彎曲來自板塊運動的長期變化。
但是，為了實際擬合所有數據，一個研究團隊曾爭辯說，羽流也必須移動。羅切斯特大學的約翰·塔杜諾說，以前的研究表明，夏威夷的羽流可能已經從太平洋下的熱斑點邊緣萌芽了。但是地幔中的電流會使斑點變形，並向其拉動成羽狀流。最終，羽流會停在熱斑點邊緣附近。
夏威夷與太平洋地區之間的聯繫可能反過來又解決了另一個更為廣泛的難題。
地球化學家們長期以來一直試圖解釋為什麼來自夏威夷和薩摩亞，加拉帕戈斯群島和冰島等其他熱點地區的熔岩具有獨特的化學特徵。例如，來自這些熱點的熔岩含有相對較高濃度的氦3-一種遠古的痕跡，它早於太陽系的起源。科學家在氖同位素（也很古老）以及鎢和氙的同位素中發現了類似的模式，兩者都是由地球誕生後不久其他元素的放射性衰變形成的。
加利福尼亞大學戴維斯分校的地球化學家柯蒂斯·威廉姆斯（Curtis Williams）領導的團隊發表了模擬結果，該模擬結果通過流動的地幔追蹤了熱點下的羽流。他們發現這些羽流一直到達斑點處，並帶來獨特的化學作用。威廉姆斯說：“地幔的任何部分（包括羽狀部分）都非常古老。”
加州大學聖塔芭芭拉分校的地球化學家羅伯塔·魯德尼克（Roberta Rudnick）說，這些發現證實了斑點必須由“古老的物質”而來。 “這真是令人興奮的時刻。”
隨著羽流和漩渦在斑點周圍盤旋，電流有時會捕獲少量斑點物質本身，從而解釋了遠處熱點熔岩的奇異之處。但是較大的碎片有時也可能折斷，這可能與另一種可疑模式有關。
地球內部物質交換通道—地幔柱
根據奧斯陸大學的特隆德·托爾斯維克（Trond Torsvik）所領導的研究，這些斑點似乎也與大約二十個被稱為火成岩大省的地表區域有關，在這些地方，地球過去多次在地表上滲出數百萬立方公里的熔岩，好像是一些裂開的傷口。這些事件中的許多事件本身都與大規模生物滅絕有關，例如過去五億年來最大的五次生物滅絕事件。
如果這種關聯不是巧合，萊基奇（Lekić）推測，這些事件甚至可能是由於巨型斑點的某個分支結構斷裂產生的結果。如果浮在地球表面，它們將融化為足夠熱的岩石，從而引起巨大的持續噴發。反過來，這種火山作用可能會改變氣候，甚至導致大規模滅絕。如果得到證實，這樣的序列將是一枚定時炸彈，即自世界誕生以來就埋藏於地球內部。
近距離觀察時，地球深處可能比看起來更大，也不僅僅只有兩個斑點，就像我們的世界地圖上既有大洲，也有較小的島嶼和半島一樣。較小的塊狀熱物質可能會將大的熱斑點分割開，並移動到其他地方，這說明了類似美國黃石公園這樣的地質特徵，與島上的熱點（比如夏威夷島鏈）相比，與深部地幔中的任何物體都更難以進行因果關係的鏈接。
所以，即使在地下熱斑點發現後的下一代科學家中，地質學家仍然堅持完善其測量結果和數據含義的模型。 “人類歷史悠久，實際上仰望星空的時間更短，”科塔爾說。 “低頭實際上才是相當具有挑戰性的。”
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