地核在印度尼西亞比在巴西正更快地失去熱能，這使得穿過地核的地震波受到干擾。

新的研究顯示，地球的堅固內(nèi)核也許正以失衡的模式增長。圖源:shutterstock

地核中的謎團(tuán)正在發(fā)酵。

只有當(dāng)科學(xué)家們研究經(jīng)過地球的鐵質(zhì)內(nèi)核時的地震波（由地震產(chǎn)生的地下震動）才能探測。出于某種原因，地震波在南北極之間的傳播速度要明顯快于其穿越赤道。

幾十年來，研究人員已經(jīng)熟知這種被稱為地震各向異性的差異現(xiàn)象，但一直無法提出有效的解釋與現(xiàn)有數(shù)據(jù)相符。目前，利用過去十億年地核增長的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算機(jī)數(shù)值模擬的方法，在6月3日，一項(xiàng)由自然地球科學(xué)雜志提出的最新研究終于得到一個似乎合理的解釋方案：地球的內(nèi)核每年都在以地核東側(cè)的新生鐵晶體比西側(cè)更快的形成的一種失衡模式逐漸生長。

“液態(tài)鐵在外核中的運(yùn)動將熱量從內(nèi)核帶離，達(dá)到降溫冷卻的目的”，伯克利加利福利亞大學(xué)的地震學(xué)專家Daniel Frost向Live Science解釋道?！斑@意味著外核帶離東部（印度尼西亞之下）的熱量比西部（巴西之下）的更多”。

Frost說，為了形象化這種片面的內(nèi)核增長，想象一下一根樹干的年輪是如何從中心點(diǎn)向周圍輻射發(fā)散的，但是“年輪的中心點(diǎn)離開了樹的中心”，因此那些年輪在東邊的間距更大、在西邊的間距更小。

研究人員解釋道，地球內(nèi)核的橫截面可能看上去和它很相似，但是這種不對稱的生長并不意味著內(nèi)核自身有畸形或者不平衡的危險。

團(tuán)隊的模型展示了地球內(nèi)核在東邊（左）的生長速度快于西邊的（右）。重力通過將鐵晶體推向南北極（箭頭式）的方法平衡了這種不對稱的生長。這將鐵晶體的長軸和地球的自轉(zhuǎn)軸（虛線）對齊了，這也解釋了地震波通過內(nèi)核的不同穿越次數(shù)。（圖像由Marine Lasbleis提供）

平均算下來，內(nèi)核的半徑每年約增長0.04英寸（1毫米）。重力通過自東向西推動新的晶體來修正這種不對稱式增長。因此，這些晶體結(jié)團(tuán)成晶格結(jié)構(gòu)沿著地核的南北軸拉緊。團(tuán)隊的模型顯示，這些平行連接了地球極點(diǎn)的晶體結(jié)構(gòu)，是使得地震波能夠順著他們方向傳播得更快的超級高速公路。

拆解“雪球”

到底是什么導(dǎo)致了內(nèi)核的不平衡呢？弗羅斯特認(rèn)為如果沒有分析地球的其他層，這個問題是很難下定論的。

他說：“地球上的每一層都被它上面覆蓋的那一層所影響，同時也會影響它下面的那一層。內(nèi)核正在慢慢的在液態(tài)外核的包裹下凍結(jié)，就像雪球滾了一圈又一圈。與此同時，外核被其上方的地幔冷卻——所以與其問為什么內(nèi)核的一邊比另一邊變大的更快些，不如問為什么地幔的溫度會一邊較高一邊較低?！?/p>

弗羅斯特說，構(gòu)造板塊可能是部分原因。 當(dāng)寒冷的構(gòu)造板塊在俯沖帶（一個板塊下沉到另一個板塊下方的地方）潛入地球表面深處時，它們會冷卻下方的地幔。 然而，弗羅斯特認(rèn)為，地幔冷卻是否會影響內(nèi)核仍然是一個有爭議的話題。

同樣令人費(fèi)解的是地核中不平衡的冷卻是否會影響地球的磁場。 現(xiàn)今人們認(rèn)為磁場是由外核中液態(tài)鐵的運(yùn)動引起的。 這種液體的運(yùn)動又由內(nèi)核散失的熱量提供動力。 弗羅斯特認(rèn)為，如果內(nèi)核在東面失去的熱量比西面多，那么外核也會像東方移動更多。

“問題是，這會改變磁場的強(qiáng)度嗎？” 他補(bǔ)充道。

這個問題超出了本次研究團(tuán)隊新論文的范圍，但弗羅斯特說他已經(jīng)開始與一個地磁學(xué)家團(tuán)隊進(jìn)行新的研究，并來調(diào)查一些新的可能性。

相關(guān)知識

地核是地球的最深處的地質(zhì)層。它基本上是一個固態(tài)球體，半徑1220公里（760英里）相當(dāng)于地球半徑的五分之一或月球半徑的70%。

如同地幔一樣，目前還不能通過采樣的方式對地核進(jìn)行測量。地核的現(xiàn)有信息幾乎都是通過對地震波和地球磁場的測量推斷出來的。地核被認(rèn)為是由鐵鎳合金及其他一些元素組成。地核表面溫度估算有5700k（即5430攝氏度，9800華氏度）這與太陽表面溫度相當(dāng)。

地球的平均密度為 5.515 g/cm3。[16]由于地表物質(zhì)的平均密度僅為3.0 g/cm3 左右，我們可以得出結(jié)論，地球核心內(nèi)存在密度更大的物質(zhì)。18世紀(jì)70年代年進(jìn)行的榭赫倫實(shí)驗(yàn)讓這個結(jié)論廣為所知。查爾斯·赫頓在1778年的報告中提出，地球的密度值約為榭赫倫山的9/5倍，且地球的內(nèi)部一定包含金屬的結(jié)論。赫頓估算出金屬部份大概占地球直徑的65%。 [17] 赫頓估算的地球平均密度為4.5 g/cm3，仍然比實(shí)際低了大約20%。

亨利·卡文迪什在 1798年的進(jìn)行的扭秤實(shí)驗(yàn)中得出地球平均密度為5.45 g/cm3，與現(xiàn)代公認(rèn)的地球平均密度僅相差1%。[18]地震測量表明，地核分為兩部分，一部分是一個是半徑約為1220公里的“固體”內(nèi)核，[19]另一部分是延伸到其外半徑約為 3400公里的液態(tài)外核。外核的密度在 9900到12200 kg/m3之間，內(nèi)核的密度在 12600 到 13000kg/m3之間。[20]

BY：Brandon Specktor

FY：Astronomical volunteer team

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請在作品發(fā)布后聯(lián)系作者刪除

轉(zhuǎn)載還請取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處