神秘地核：向下挖6000千米能看到什么凤凰探索 2015-08-18 08:09:00 1/15凤凰科技讯 北京时间8月18日消息，据英国BBC报道，人类早已统治地球，我们征服了高山、深海、天空甚至登陆了月球。但我们唯一没去过的是地球核心。地球中心点位于地下6000千米深处，即使是地核最外部分也位于地下3000千米深处。目前人类在地表进行的最大地上凿孔是位于俄罗斯的科拉超深钻(Kola Superdeep Borehole)，但它也只渗透到地下12.3千米而已。  2/15地球上一切熟悉的事都发生在地表附近。火山喷发出的熔岩也不过是在地下几百千米深处熔化。即使是需要极高温度和压力形成的钻石也起源于不超过500千米深处的岩石。 地下深处究竟是什么一直都是神秘未解之谜，它似乎深不可测。然而我们对地核的了解却丝毫不少，我们甚至知道几十亿年前它是如何形成的——虽然我们手里没有任何地核样本。 3/15探讨这一问题的一个好的开始便是思考地球的质量，英国剑桥大学的西蒙·雷德芬(Simon Redfern)这样说道。我们可以通过观察地球对地表物体的引力来估计地球的质量。 4/15几乎可以确定的是它主要是由铁组成。核心大约 80%是由铁组成，尽管精确的数值仍有待确定。这其中的主要证据在于我们周围宇宙存在大量的铁。它是银河系里最常见的十大元素之一，且常发现于陨石。 考虑到它的大量存在，地球表面存在的铁似乎比我们预想的要少得多。所以理论认为当45亿年前形成地球时，大量的铁到达核心。这也是质量主要集中的部位，也是大多数铁存在的位置。 5/15铁一定是被引力吸引至地心的，但具体过程目前还不清楚。地球剩余的大部分质量是由名为硅酸盐的岩石组成，熔化的铁会流经这些岩石。这个过程有点类似油腻表面的热水会形成水滴，铁并不会散落开来，而是继续流动。 2013年美国斯坦福大学的温迪·毛（Wendy Mao）和她的同事发现了一个可能的解决方法。 6/15你可能会好奇我们是怎么知道地核的大小？科学家们依据什么推断地核始于地下3000千米深处？答案很简单：地震学。当发生地震时，它会产生冲击波，地震学家记录下这些振动。这就好比我们用一个巨大的锤子敲地球一边，然后在另一边倾听声音。“二十世纪六十年代智利发生了一场地震，产生了很多数据，” 雷德芬说道。“整个地球的各个地震台站都记录了振动的到来。 7/15在地震学历史早期，科学家们意识到有些振动缺失了。起源于地球一段的“S波”预计将出现在地球另一端，结果却没有发现它们的任何迹象。这一神秘缺失的原因很简单。S波只会通过固体材料回响，却无法在液体里弹回。所以它们一定在地球中心遇到某些融化态物质。通过描绘S波的路径，科学家们发现岩石在3000千米深处变成液态。这表明整个地核是熔化的。 8/1520世纪30年代，丹麦地震学家英奇·雷曼 (Inge Lehmann)注意到另一种名为P波的波，它意外的穿过核心，且能够在地球另一端被探测到。她由此提出了一项令人惊讶的解释理论：地核分为两层。始于5000千米深处的“内层”核心其实是固态的。只有它以上的“外层”核心才是熔化的。 雷曼的观点最终在1970年被证实，更加敏感的地震仪发现P波的确穿过地核，在某些情况下甚至以特定角度发生偏斜。 9/15核爆会在地面产生冲击波，所以很多国家会使用地震学来关注核武器测试。在冷战时期这是非常重要的，所以像雷曼这样的地震学家得到了很多鼓励。敌对国家可以了解到彼此的核能力，而我们可以了解更多有关地核的信息。直到现在地震学仍被用于检测核爆。 现在我们可以绘制一幅有关地球结构的图。 10/15结果证明这一问题特别棘手，它困扰了科学家们很多年，英国伦敦大学学院的林敦卡·沃卡多(Lidunka Vo?adlo)这样说道。我们没法在地核放一个温度计，所以唯一的解决办法就是在实验室内创造正确的压溃压力。 2013年一支法国研究小组产生了目前为止最好的温度估计。他们将纯铁放在相当于地核压力一半的压力环境下，然后由此推测地核温度。他们总结称纯铁在地核温度下的熔点约为6230摄氏度。  11/15虽然有点像烤焦的马铃薯，但多亏了地球形成过程中保留的热量，地核才一直保持温热。它还能从密集物质到处移动产生的摩擦力，以及放射性元素衰变中获得热量。即便如此，每隔10亿年地核大约冷却100摄氏度。 了解到这一温度非常有用，因为它影响了振动穿过地核的速度。 12/15P波穿过内核时的速度出人意料的缓慢，比内核由纯铁组成的情况下速度要更慢。“地震学家在地震发生时测量到的波速比在实验环境里测量到的，或者电脑计算的都要慢得多，” 沃卡多说道。“没有人知道原因是什么。” 有人认为混合物里可能有另外一种材料。它可能是另外一种金属——镍。但科学家们估计了地震波将如何穿过铁-镍合金，但结果似乎也与观察到的结果不太符合。 13/15沃卡多和她的同事现在正在考虑是否可能还有别的元素，例如硫和硅。到目前为止尚未有人提出一个令人满意的解释内核组成部分的理论。沃卡多试图在电脑上模拟内核的材料。她希望发现一种材料、温度和压力的正确结合恰好可以合适的减慢地震波。她表示秘诀在于内核几乎处于熔点的温度，因此材料的精确特性可能与完全固态时的有所不同。这可以解释为什么地震波经过内核时比预计的更慢。 14/15有关地核还有很多谜题等待解决。但是无需挖掘地球深处，科学家们已经了解到大量有用信息。地球深处隐藏的过程对于我们的日常生活至关重要，虽然很多人可能没有意识到这一点。地球拥有一个巨大的磁场，而这部分多亏了地球炙热的内核。熔化铁的持续运动在地球内部创造了电流，这产生了一个延伸至太空的磁场。而这个磁场保护我们不受到有害太阳辐射的伤害。（编译/严炎刘星） 15/15更多精彩，关注凤凰探索微信公众号。 |
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