在我們腳下5000多公里深的地方，地球的固體金屬內(nèi)核直到1936年才被發(fā)現(xiàn)。近一個(gè)世紀(jì)之后，我們?nèi)匀辉谂卮痍P(guān)于它最初形成的時(shí)間和方式的基本問題。 這些都是不容易解決的難題，因?yàn)槲覀儾荒苤苯訉?duì)內(nèi)核進(jìn)行采樣，揭開其神秘面紗的關(guān)鍵在于地震學(xué)家(用地震波對(duì)其進(jìn)行間接采樣)、地球動(dòng)力學(xué)家(創(chuàng)建其動(dòng)態(tài)模型)和礦物物理學(xué)家(研究鐵合金在高壓和高溫下的行為)之間的合作。

結(jié)合這些學(xué)科，科學(xué)家們提供了一條關(guān)于在我們腳下幾英里處發(fā)生的事情的重要線索。在一項(xiàng)新的研究中，他們揭示了地球的內(nèi)核如何在一邊比另一邊增長得更快，這可能有助于解釋內(nèi)核的年齡，以及地球磁場(chǎng)的耐人尋味的歷史。

早期的地球

在我們星球45億年的歷史中，地球的核心很早就形成了，在最初的2億年內(nèi)。重力將較重的鐵拉到年輕星球的中心，留下巖石、硅酸鹽礦物來構(gòu)成地幔和地殼。

地球的形成在這個(gè)星球上捕獲了大量的熱量。這些熱量的流失，以及持續(xù)的放射性衰變帶來的加熱，推動(dòng)了我們星球的進(jìn)化。地球內(nèi)部的熱量損失推動(dòng)了液態(tài)鐵外核的劇烈流動(dòng)，從而形成了地球的磁場(chǎng)。同時(shí)，地球深層內(nèi)部的冷卻有助于推動(dòng)板塊構(gòu)造，從而塑造我們星球的表面。

隨著地球逐漸冷卻，地球中心的溫度最終下降到鐵在極端壓力下的熔點(diǎn)以下，內(nèi)核開始結(jié)晶。今天，內(nèi)核繼續(xù)以每年大約1毫米的半徑增長，這相當(dāng)于每秒鐘有8000噸熔化的鐵水凝固。在數(shù)十億年后，這種冷卻將最終導(dǎo)致整個(gè)核心變成固體，使地球失去其保護(hù)性磁場(chǎng)。

核心問題

人們可能會(huì)認(rèn)為這種凝固會(huì)形成一個(gè)均勻的固體球體，但事實(shí)并非如此。在20世紀(jì)90年代，科學(xué)家們意識(shí)到，穿越內(nèi)核的地震波的速度意外地變化。這表明有一些不對(duì)稱的變化正在內(nèi)核中發(fā)生。具體來說，內(nèi)核的東半部和西半部顯示出不同的地震波速度變化。內(nèi)核的東部位于亞洲、印度洋和西太平洋之下，而西部則位于美洲、大西洋和東太平洋之下。

新的研究探究了這個(gè)謎團(tuán)，使用了新的地震觀測(cè)結(jié)果，結(jié)合地球動(dòng)力學(xué)模型和對(duì)鐵合金在高壓下的行為的估計(jì)。他們發(fā)現(xiàn)，位于印度尼西亞班達(dá)海下面的東部?jī)?nèi)核比巴西下面的西側(cè)增長得更快。

你可以把這種不均勻的增長想象成在一個(gè)只在一邊工作的冰柜里做冰激凌：冰晶只在冰激凌冷卻有效的那一邊形成。在地球上，不均勻的增長是由于地球的其他部分比其他部分更快地從內(nèi)核的某些部分吸熱造成的。

但是與冰激凌不同的是，堅(jiān)實(shí)的內(nèi)核受到引力的作用，通過蠕動(dòng)的內(nèi)部流動(dòng)過程均勻地分配新的增長，從而保持內(nèi)核的球形形狀。這意味著地球沒有傾覆的危險(xiǎn)，盡管這種不均衡的增長被記錄在我們星球內(nèi)核的地震波速中。

確定核心的年齡

那么，這種方法是否有助于我們了解內(nèi)核可能有多大年齡?當(dāng)研究人員將他們的地震觀測(cè)結(jié)果與他們的流動(dòng)模型相匹配時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)，內(nèi)核--位于整個(gè)核心的中心，其形成時(shí)間要早得多--很可能在5億至15億年之間。

該研究報(bào)告說，這個(gè)年齡范圍的較年輕的一端是更好的匹配，盡管較老的一端與通過測(cè)量地球磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化而作出的估計(jì)相匹配。無論哪個(gè)數(shù)字是正確的，很明顯，內(nèi)核是一個(gè)相對(duì)年輕的家伙，大約是地球本身年齡的九分之一到三分之一。

這項(xiàng)新工作提出了一個(gè)地球內(nèi)核新模型。然而，作者所做的一些物理假設(shè)必須是真實(shí)的，這才是正確的。例如，該模型只有在內(nèi)核由一種特定的鐵結(jié)晶相組成的情況下才有效，而關(guān)于這一點(diǎn)還存在一些不確定性。

那么我們不均勻的內(nèi)核是否使地球不尋常呢?事實(shí)證明，許多行星體都有兩半，它們?cè)谀撤N程度上彼此不同。在火星上，北半部的表面是較低的，而南半部則是較多的山脈。月球近側(cè)的地殼與遠(yuǎn)側(cè)的地殼在化學(xué)上是不同的。在水星和木星上，不平整的不是表面，而是磁場(chǎng)，它在南北之間沒有形成鏡像。

因此，盡管所有這些不對(duì)稱的原因各不相同，但地球已經(jīng)做得很好了，在一個(gè)由傾斜的天體組成的太陽系中，它僅僅是一個(gè)略微不對(duì)稱的行星。

關(guān)鍵詞： 地球 內(nèi)部核心 傾覆 行星