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)。近一個世紀(jì)之后，我們?nèi)匀辉谂卮痍P(guān)于它最初形成的時間和方式的基本問題。 這些都是不容易解決的難題，因為我們不能直接對內(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(用地震波對其進(jìn)行間接采樣)、地球動力學(xué)家(創(chuàng)建其動態(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，推動了我們星球的進(jìn)化。地球內(nèi)部的熱量損失推動了液態(tài)鐵外核的劇烈流動，從而形成了地球的磁場。同時，地球深層內(nèi)部的冷卻有助于推動板塊構(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)致整個核心變成固體，使地球失去其保護(hù)性磁場。

核心問題

人們可能會認(rèn)為這種凝固會形成一個均勻的固體球體，但事實并非如此。在20世紀(jì)90年代，科學(xué)家們意識到，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謎團，使用了新的地震觀測結(jié)果，結(jié)合地球動力學(xué)模型和對鐵合金在高壓下的行為的估計。他們發(fā)現(xiàn)，位于印度尼西亞班達(dá)海下面的東部內(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，堅實的內(nèi)核受到引力的作用，通過蠕動的內(nèi)部流動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，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結(jié)果與他們的流動模型相匹配時，他們發(fā)現(xiàn)，內(nèi)核--位于整個核心的中心，其形成時間要早得多--很可能在5億至15億年之間。

該研究報告說，這個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量地球磁場強度的變化而作出的估計相匹配。無論哪個數(shù)字是正確的，很明顯，內(nèi)核是一個相對年輕的家伙，大約是地球本身年齡的九分之一到三分之一。

這項新工作提出了一個地球內(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?事實證明，許多行星體都有兩半，它們在某種程度上彼此不同。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，它在南北之間沒有形成鏡像。

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

關(guān)鍵詞： 地球 內(nèi)部核心 傾覆 行星