地球上巨大的巖漿海洋，在我們的腳下翻滾，似乎在向地球的液態(tài)內(nèi)核輸送氧氣，氧氣正在塑造我們星球上的地震和火山。

這是倫敦大學一個研究機構(gòu)的物理學家達里奧·阿爾夫于20193月5日在美國物理學會3月會議上提出的結(jié)論。雖然不可能直接觀察到地核中的氧氣（數(shù)千英里的熱巖阻礙了這一觀點）但是阿爾夫和同事們結(jié)合了地震數(shù)據(jù)、化學和關(guān)于我們太陽系古代歷史的知識，得出了這樣的結(jié)論。鐵核中隱藏著氧氣之類物質(zhì)的主要證據(jù)是什么？

博科園-科學科普：在地球表面感受到隆隆聲，是整個地球上波浪運動的結(jié)果。這些波的行為為我們了解地球上的物質(zhì)提供了線索——就像整個星球的超聲波一樣。當?shù)卣鸩◤牡睾朔磸椈氐乇頃r，其形狀表明，液態(tài)鐵外核的密度明顯小于其內(nèi)部受壓固態(tài)鐵內(nèi)核。這種密度差異影響著地震形狀和地表火山的活動，但這不是純鐵應該有的表現(xiàn)。如果地核是純鐵，那么固體內(nèi)核和液體(外核)的密度對比應該在1.5%左右，但地震學告訴我們，這個比例更接近5%。換句話說，外核密度比它應該的要低，這表明里面有一些非鐵元素，使它更輕。

這就提出了一個問題：為什么較輕的元素會和外核混合而不是固體內(nèi)核？達里奧·阿爾夫表示：當原子處于液態(tài)時，它們可以自由流動，使不同元素的混合物能夠共存，即使在地球內(nèi)部的極端環(huán)境中也是如此。但是，由于極端的壓力迫使內(nèi)核變成固態(tài)，那里的原子形成了更堅硬的化學鍵晶格。而這種更嚴格的結(jié)構(gòu)并不容易容納外來元素。當固體內(nèi)核形成時，它會將氧原子和其他雜質(zhì)噴射到液體環(huán)境中，就像牙膏從擠壓管中噴出一樣?？梢栽诒缴峡吹筋愃频男Ч寒敽Ｑ笾械柠}水結(jié)冰時，它會排出雜質(zhì)，所以冰山最終變成了漂浮在富含鈉的海洋上的大塊固體淡水。

沒有直接的證據(jù)表明液體核心中較輕元素是氧，但是星球是由早期太陽系的塵云形成，知道那里有什么元素。研究小組排除了其他元素，如硅，理論上可能存在于核心，基于云的組成，但沒有解釋觀察到的效果，氧氣是最有可能的候選者。此外，從理論上講，地核中存在的氧氣水平似乎低于化學上根據(jù)地幔含氧量所預測的水平。這表明，即使在今天，更多的氧氣仍可能通過化學方式從其周圍富含氧氣的地幔泵入外核。當被問及地核內(nèi)的氧氣是什么樣子時，阿爾夫表示，不要想象鐵與氧氣直接結(jié)合時會產(chǎn)生氣泡，甚至生銹。

相反，在那樣的溫度和壓力下，氧原子會在鐵原子之間自由漂浮，形成具有浮力的液態(tài)鐵塊。如果你拿一個含有90個鐵原子和10個氧原子的液體包裹，這個包裹的密度將小于一個純鐵包裹。為了幫助證實這些結(jié)果，阿爾夫表示：期待著測量在我們星球上形成并向地表輻射的中微子結(jié)果。雖然“地球中微子”非常罕見，但當它們出現(xiàn)時，它們可以提供很多關(guān)于地球上具體發(fā)生了什么的信息。但是，如果沒有任何直接進入核心的方法，物理學家們將永遠無法從有限的次級數(shù)據(jù)中對其構(gòu)成做出最好的判斷。

博科園-科學科普｜研究/來自: 倫敦大學

文:?Rafi Letzter/Live Science

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