新研究显示地球的内部核心可能富含氧气

　　氧气是生命的关键物质，是地球上最丰富的元素之一。然而，在几乎由纯铁组成并处于极端高压和高温条件下的内核中，氧气是否存在以及以何种形式存在仍然是一个未知数。现在，科学家揭示，富含铁的FeO合金在近300GPa的极端压力和超过3000K（约5000华氏度）的高温下是稳定的。该结果证明了氧气可以存在于固体内核中，这为进一步了解地核的形成过程和演化历史提供了关键的制约因素。
　　这项研究由HPSTAR（高压科学与技术高级研究中心）的刘进博士和哥伦比亚大学的孙杨博士共同领导，最近发表在《创新》杂志上。
　　作为地球上最神秘的地方之一，地球的固体内核处于地球上最极端的温度和压力环境中，其压力超过300万个大气压，温度接近太阳表面，约6000K（约10000华氏度）。由于内核远非人类所能触及，我们只能从地震产生的地震信号中推断其密度和化学成分。
　　目前，人们认为内核中存在轻质元素，但其类型和含量仍有争议。宇宙化学和地球化学证据表明，它应该含有硫、硅、碳和氢。实验和计算也证实，这些元素与纯铁混合，在地球深处的高温高压条件下形成各种铁合金。
　　然而，与我们密切相关的氧，通常认为被排除在内核之外。这主要是因为在地表或地幔环境中从未发现过富含铁成分的铁氧合金。所有已知的铁氧化物中的氧含量都大于或等于50个原子百分比。尽管人们一直在试图合成具有富铁成分的氧化铁化合物，但这种物质还从未被发现。地球的内部核心是如此缺氧吗？为了回答这个问题，本研究进行了一系列的实验和理论计算。
　　为了接近地心的温度和压力，将纯铁和氧化铁放在两个钻石砧的尖端，用高能激光束进行加热。经过多次尝试，发现在220260GPa和3000K以上，铁和氧化铁之间发生了化学反应。XRD结果显示，反应产物与纯铁和氧化铁的常见高温高压结构不同。
　　使用遗传算法进行的理论晶体结构搜索证明，富铁的FeO合金可以在大约200GPa下稳定存在。在这样的条件下，新的富含铁的FeO合金形成了一个六边形的紧密堆积结构，其中氧层被安排在铁层之间以稳定结构。这样的机制产生了许多密包排列，形成了一个具有大构型熵的富含铁的FeO化合物大家族。
　　基于这一理论信息，发现Fe28O14的原子构型与实验测量的XRD图案相匹配。进一步的计算表明，富含FeO的相是金属性的，与低压下的普通铁氧化物形成对比。电子结构取决于O的浓度以及铁和O层的排列。该合金的机械性能和热性能需要在未来进一步研究。