地球核心的鐵可能處於一種奇怪的“超離子”狀態

地球核心的鐵可能處於一種奇怪的“超離子”狀態

在地殼深處,經過厚厚的地幔和液體外核,是一個 1,220 公里(760 英里)的固體核心球。

但一項新的研究表明,核心根本不是固體,而是與氫、氧和碳形成“超離子狀態”,使其不同於液體或固體。

我們無法準確地鑽探到地球中心 6,371 公里(3,959 英里)以檢查發生了什麼,因此科學家們使用地球的自然鑽探—— 地震產生的地震波 ——來了解我們星球的組成。

然而,即使有了這些測量結果,核心仍然有些神秘。在 1930 年代,間接證據表明它可能是固體,幾十年後它被認為是一種結晶鐵。但是這個位於我們星球中心的異常熾熱、異常密集的球仍然讓我們第二次猜測那裡發生了什麼。

我們從地震波資料中知道核心是軟的,具有低剪下波速度,這意味著它不能只是固體鐵或鐵合金。一些科學家認為可能存在第二個核心

而另一些科學家則認為,由於密度比純鐵所預期的要輕,因此可能存在一些輕元素作為合金。

但由中國科學院的於和領導的一項新研究 現在已經調查了這種混合元素可能存在的物質的潛在相,得出的建議是,核心的“固態”可能真的是取而代之的是超離子狀態。

“我們發現六方密排鐵中的氫、氧和碳在核心條件下轉變為超離子狀態,顯示出像液體一樣的高擴散係數,”該團隊在他們的新論文中寫道。

“這表明核心可以處於超離子狀態,而不是正常的固態。”

超離子是物質的另一種狀態——除了固體、液體和氣體——但有明顯的區別。在最近在實驗室製造的 超離子水中,極高的溫度和壓力會分解每個水分子,使氧離子形成固體,而氫離子更像液體一樣漂浮在周圍。

在地球熾熱的核心中,該團隊使用計算機模擬地震波如何穿過不同的元素組合,並發現鐵與碳、氫和氧的合金可以像超離子水一樣工作。

鐵原子在晶格結構中是“固態”的,而碳、氫和氧分子會透過介質擴散,形成液態元素。

“這很不正常,”何說。“核心邊界處鐵的凝固並沒有改變這些輕元素的流動性,輕元素的對流在核心中是連續的。”

這項工作不太可能成為該主題的最後一句話。這篇論文的結論為這種更軟、密度更低的純鐵提供了一個很好的模型,但它沒有回答關於核心的另一個問題——為什麼它在整個過程中 看起來不均勻。

為此,我們只需要繼續挖掘。