畢竟，地核不是無(wú)聊的一團(tuán)鐵。

地球的內(nèi)核主要由鐵構(gòu)成

如今，研究人員發(fā)現(xiàn)，地球的“固體”內(nèi)核實(shí)際上可能有點(diǎn)黏稠。

半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)界一直認(rèn)為地球的內(nèi)核是一個(gè)由液態(tài)外核包裹著的由壓縮鐵合金組成的固體球。 但 9 月 20 日發(fā)表在《地球與行星內(nèi)部物理學(xué)》雜志上的新研究表明，行星的硬度是由硬到半軟再到液態(tài)金屬的過(guò)渡。

本次未能參加這項(xiàng)研究的英國(guó)布里斯托爾大學(xué)地震學(xué)家杰西卡·歐文 (Jessica Irving) ：“我們觀察得越多，就越意識(shí)到它不是一團(tuán)無(wú)聊的鐵塊。我們正發(fā)現(xiàn)一個(gè)全新的隱蔽世界?！?/p>

某種程度上說(shuō)，地球內(nèi)核仍然像1864年儒勒·凡爾納 (Jules Verne) 發(fā)表他那奇特的《地心之旅》(Journey to the Center of the Earth) 時(shí)一樣神秘。盡管科學(xué)家們從20世紀(jì)50年代就知道了我們的星球內(nèi)部并不是像凡爾納描繪的那樣是空心的，但地球的內(nèi)部仍未被探索。巨大的熱量和壓力令任何人或探測(cè)器都望而卻步。 “除非我們的星球發(fā)生可怕的事情，否則我們將永遠(yuǎn)無(wú)法直接觀察地球的核心，”歐文說(shuō)。?

相反，地球物理學(xué)家依靠的是地震產(chǎn)生的地震波間接觀測(cè)地心。歐文說(shuō)，通過(guò)觀測(cè)這些巨大的振動(dòng)，科學(xué)家們能以一種 "類似于人體CT掃描 "的方式重構(gòu)地球內(nèi)部的運(yùn)轉(zhuǎn)模式。這些地震波有兩種主要類型：壓縮波（縱波，P波）和剪切波（橫波，S波）。每種波在穿過(guò)地層時(shí)都會(huì)因?yàn)榻橘|(zhì)的不同而加速、減速或反彈。

這是一張地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

對(duì)于夏威夷地球物理學(xué)和行星學(xué)研究所的地球物理學(xué)家瑞德·巴特勒（Rhett Butler）來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)新的研究開(kāi)始于與現(xiàn)有理論不匹配的觀測(cè)結(jié)果。巴特勒正在研究五個(gè)不同地點(diǎn)的大地震所產(chǎn)生的地震波如何穿過(guò)地心到達(dá)地球的另一端。但是有一點(diǎn)不對(duì)勁——地震的橫波本應(yīng)穿過(guò)一個(gè)堅(jiān)固的金屬球，但在某些地區(qū)卻發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。?

這些結(jié)果震驚了巴特勒。他知道計(jì)算地震波的過(guò)程是正確的，這只能說(shuō)明：科學(xué)家們搞錯(cuò)了地心結(jié)構(gòu)。他說(shuō)："從事這項(xiàng)工作的人必須要遵從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)?！币虼?，巴特勒和同事重新評(píng)估了他們的基本假設(shè)，即地球的內(nèi)核只有固體。他們發(fā)現(xiàn)，如果地核不是一個(gè)實(shí)心球，而是在其表面附近有一些液體和 "糊狀 "的半實(shí)心鐵，那么結(jié)合他們觀察到的波，一切都變得合理起來(lái)。

巴特勒說(shuō)，鐵的粘稠度區(qū)間令人十分震驚?！拔覀円呀?jīng)找到了地心不都是軟的證據(jù)，在一些地方它真的很堅(jiān)硬?！?#34;它有著堅(jiān)硬的表面，與熔化或糊狀的鐵混在一起。我們得以在內(nèi)核中看到了很多以前未曾看到的細(xì)節(jié)。"

這項(xiàng)研究可能會(huì)有助于我們改善對(duì)于地球磁場(chǎng)的理解，2019年在《先進(jìn)科學(xué)》上發(fā)表的文章表明了：旋轉(zhuǎn)的液態(tài)外核驅(qū)動(dòng)著我們星球的磁場(chǎng)，而內(nèi)核有助于修正這個(gè)磁場(chǎng)。根據(jù)NASA的研究：其他星球（比如說(shuō)火星）也有一個(gè)液體核心，但是它既沒(méi)有內(nèi)核也沒(méi)有磁場(chǎng)。因此，巴特勒和歐文相信，對(duì)于地球內(nèi)核的進(jìn)一步理解會(huì)幫助科學(xué)家們了解一個(gè)星球的核心與它的磁場(chǎng)的關(guān)系。

相關(guān)知識(shí)

地球外核是一層大概2400km（1500mi）厚的流體層，大部分成分是鐵和鎳，覆蓋在地球固態(tài)的內(nèi)層核心外，同時(shí)在地幔之下。外層核心的外邊界距離地表2890km（1800mi）。內(nèi)層核心和外層核心的交換發(fā)生在地表下大約5150km（3200mi）的地方。地球的內(nèi)層核心是地球最深處的地質(zhì)層，基本上是一個(gè)半徑大約1200km（760mi）的固體球狀物，占據(jù)了地球大概20%的半徑，或者70%的月球半徑。

地球的平均密度為 5.515 克/立方厘米。由于地表物質(zhì)的平均密度僅為 3.0 克/立方厘米左右，因此必然推論出地球核心內(nèi)存在密度更大的物質(zhì)。自從1770 年代進(jìn)行的斯希哈林山實(shí)驗(yàn)以來(lái)這個(gè)結(jié)論就已廣為人知。查爾斯.赫頓在他 1778 年的報(bào)告中得出結(jié)論：地球的平均密度必須大約是表層巖石的密度的9/5, 因此地球內(nèi)部一定是金屬的。赫頓估計(jì)金屬部分占地球直徑的 65%。赫頓對(duì)地球平均密度的估計(jì)值太低了，是4.5克/立方厘米，比亨利·卡文迪許在 1798 年的扭力平衡實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的 5.45克/立方厘米低了大約 20%，后面這個(gè)值與現(xiàn)代測(cè)量值僅相差 1%。地震波測(cè)量表明，地核分為兩部分，一個(gè)半徑約為 1,220 公里的“固體”內(nèi)核和延伸到其外半徑約為 3,400 公里的液態(tài)外核。外核的密度介于9,900至12,200千克/立方米之間，內(nèi)核的密度介于12,600至13,000千克/立方米之間。

1936年英奇·萊曼(Inge Lehmann)發(fā)現(xiàn)了地核，一般認(rèn)為地核主要由鐵和一些鎳組成。由于地核能夠傳播剪切波(橫波)，所以它必須是固體。實(shí)驗(yàn)證據(jù)有時(shí)與目前的內(nèi)核晶體模型不一致。其他實(shí)驗(yàn)研究表明其在高壓下存在差異:金剛石砧(靜態(tài))在核心壓力下的研究產(chǎn)生的熔化溫度大約比激波激光(動(dòng)態(tài))研究的熔化溫度低2000 K。激光研究創(chuàng)造了等離子體，結(jié)果表明，約束內(nèi)核條件將取決于內(nèi)核是固體還是具有固體密度的等離子體。這是一個(gè)正在積極研究的領(lǐng)域。

BY：Joanna Thompson?

FY：Astronomical volunteer team

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