火星科普 / 待分类 / 地球核心已泄漏27亿年,原因不明!与5100...

分享

   

地球核心已泄漏27亿年,原因不明!与5100公里深的神秘结构有关吗?

2021-10-09  火星科普

我们生活在地球的表面上,脚下是坚硬的地壳,其主要成分为硅酸盐岩石。虽然人类有能力攀登世界最高的山峰,到达海洋的最深处,并且还能飞上天空,甚至冲出地球大气层,去过月球表面,但我们就是没有办法深入地球表面下方,去直接探测神秘的地心。

目前,人类挖到最深的地方为OP-11油井,其深度为12376米,不到13公里。相比之下,地球半径大约6371公里。地心远在地下深处,我们现在触及到的只是地球的皮毛。

虽然没有任何设备能够进入地心进行探测,但科学家还是能够大致知道地球内部的结构,唯一可靠的方法就是地震波。当地震波穿过地球的各个部分时,速度会随之出现变化,它们可能会发生反射或折射,这取决于该层的矿物组成、密度以及温度。

通过地震波,科学家发现地球的内部结构主要分为三层。最上层是地壳,厚度为5至70公里。中间层是地幔,厚度可达2890公里,这一层可以进一步分为上地幔和下地幔。最内层为地核,厚度估计为3420公里。

由于地壳和地幔主要都是由硅酸盐岩构成,其平均密度约为3吨/立方米,而整个地球的平均密度为5.5吨/立方米,这意味着地核中存在大量密度很高的物质。那么,地核中究竟是什么东西呢?

45亿年前,太阳从太阳星云中诞生不久后,留下了一些“边角料”。这些气体和尘埃不断聚集,最终通过引力结合成了小行星、矮行星、行星等大型天体,这其中就包括我们的地球。

在如今的太阳系中,还剩下不少早期太阳系残留下的小行星。通过分析表明,这些小行星中富含铁元素(密度为7.8吨/立方米)。由此可以推测,地球核心中的致密物质主要为铁。最初铁元素分布在地球的各处,但由于它们的密度大,所以大部分都沉入到地核中。

事实上,铁元素在宇宙中的分布非常广泛。在大质量恒星的最后阶段,它们的核心区域会大量合成出铁。另外,Ia型超新星爆发时也会制造出大量的铁。在宇宙中,铁是最丰富的金属元素,其丰度在所有元素中位列第六,这使得像地球这样的岩质行星中存在丰富的铁。

除了铁之外,地核中还包含不少的镍。地核的结构可以分为两层,上层是液态的外地核,厚度估计为2200公里,那里的温度超过3700 ℃,铁和镍都熔化成液态金属。

外地核的下方是固态的内陆核,厚度估计为1220公里。虽然内陆核的温度更高,可以达到5500 ℃,但那里的压力极高,相当于地表大气压的360万倍,这使得铁镍合金的熔点变得非常高,反而不会熔化掉。

正是由于地核的特殊结构,内陆核与地球外部的自转并不同步,通过电磁感应可以形成电流,进而诱发产生磁场。在强大地球磁场的庇护下,致命的宇宙射线不会大量直射到地表,包括人类在内的生命才能在地球上繁衍生息。

对于隐藏在地下深处的地核,相关研究还在不断深入。根据《地球物理学与行星内部结构》(Physics of the Earth and Planetary Interiors)杂志刊载的一项新研究[1],科学家在地核中发现了一层新的结构,深度为5100公里。

长久以来,科学家认为地球内核是完全固态的,与其相邻的液态外地核形成鲜明对比。但现在根据地震波的分析结果,在地球内核顶部250公里的范围内,科学家发现了一层软质结构,那里有糊状的铁镍合金,目前还不清楚该结构的作用。

此外,地核中还存在少量的其他元素,比如钨,这是一种与铁共生的亲铁元素。地幔中存在一种亲石元素——铪,铪-182会衰变成钨-182。由于铪-182的半衰期很短,只有几百万年,它们早都应该会完全衰变成钨。

通过分析地幔和地核中的钨同位素比例,科学家发现地核中大量的钨泄漏到地幔中。虽然科学家还不清楚这背后的确切原因,但分析显示,这个泄漏过程早在27亿年前就已经开始了。

地核产生的磁场对于地表生命的生存至关重要,没有活跃的地核,也就不会有生机勃勃的世界,我们的近邻火星就是一个例子。火星最初可能是一颗充满液态水的宜居行星,但从40亿年前开始,内核大幅降温,最后导致内核失去活性,磁场随之消失,大气层被太阳风剥离,液态水最后也不复存在,只留下一颗荒凉的红色星球。

参考文献

[1] Rhett Butler, Seiji Tsuboi, Antipodal seismic reflections upon shear wave velocity structures within Earth's inner core, Physics of the Earth and Planetary Interiors, 2021, DOI: 10.1016/j.pepi.2021.106802.

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多
    喜欢该文的人也喜欢 更多

    ×
    ×

    ¥.00

    微信或支付宝扫码支付:

    开通即同意《个图VIP服务协议》

    全部>>