ASC科研发现地球内核的铁可能处于一种奇怪的超离子状态
在地壳深处,经过厚厚的地幔和液体外核,是一个 1,220 公里(760 英里)的固体内核球。
但一项新的研究表明,内核根本不是固体,而是与氢、氧和碳形成"超离子状态",使其不同于液体或固体。
我们无法准确地钻探到地球中心 6,371 公里(3,959 英里)以检查发生了什么,因此科学家们使用地球的自然钻探—— 地震产生的地震波 ——来了解我们星球的组成。
然而,即使有了这些测量结果,内核仍然有些神秘。在 1930 年代,间接证据表明它可能是固体,几十年后它被认为是一种结晶铁。但是这个位于我们星球中心的异常炽热、异常密集的球仍然让我们第二次猜测那里发生了什么。
我们从地震波数据中知道内核是软的,具有低剪切波速度,这意味着它不能只是固体铁或铁合金。一些科学家认为可能存在第二个内核,而另一些科学家则认为,由于密度比纯铁所预期的要轻,因此可能存在一些轻元素作为合金。
但由中国科学院的于和领导的一项新研究 现在已经调查了这种混合元素可能存在的物质的潜在相,得出的建议是,核心的"固态"可能真的是取而代之的是超离子状态。
"我们发现六方密排铁中的氢、氧和碳在内核条件下转变为超离子状态,显示出像液体一样的高扩散系数,"该团队在他们的新论文中写道。
"这表明内核可以处于超离子状态,而不是正常的固态。"
超离子是物质的另一种状态——除了固体、液体和气体——但有明显的区别。在最近在实验室制造的 超离子水中,极高的温度和压力会分解每个水分子,使氧离子形成固体,而氢离子更像液体一样漂浮在周围。
在地球炽热的内核中,该团队使用计算机模拟地震波如何穿过不同的元素组合,并发现铁与碳、氢和氧的合金可以像超离子水一样工作。
铁原子在晶格结构中是"固态"的,而碳、氢和氧分子会通过介质扩散,形成液态元素。
"这很不正常,"何说。"内核边界处铁的凝固并没有改变这些轻元素的流动性,轻元素的对流在内核中是连续的。"
这项工作不太可能成为该主题的最后一句话。这篇论文的结论为这种更软、密度更低的纯铁提供了一个很好的模型,但它没有回答关于内核的另一个问题——为什么它在整个过程中 看起来不均匀。
为此,我们只需要继续挖掘。
该研究已发表在《自然》杂志上。
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