研究人员窥视地球内核：数据显示固体金属球是“有纹理的”

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研究人员窥视地球内核：数据显示固体金属球是“有纹理的”。信用:Pixabay/CC0公共领域

（）据犹他大学：地球的中心是一个实心的金属球，是一种“行星中的行星”，它的存在使地表上的生命成为可能，至少就我们所知。

随着时间的推移，地球内核是如何形成、增长和演化的仍然是一个谜，犹他大学领导的一个研究小组正在寻求借助自然发生的地震产生的地震波来探索这个问题。虽然这个直径为2442公里的球体不到地球总体积的1%，但它的存在是地球磁场的原因，没有它，地球将是一个非常不同的地方。

但根据该大学地质与地球物理系前博士生庞冠宁的说法，内核并不是科学家们曾经假设的同质物质，而是更像是一幅不同“织物”的织锦。

“我们第一次证实了这种不均匀性在内核中无处不在，”庞说。庞现在是康奈尔大学的博士后研究员，他是发表在《自然》杂志上的一项新研究的第一作者，这项研究打开了一扇通往地球最深处的窗户。他在犹他大学进行的这项研究是他博士论文的一部分。

另一个最后的边界

负责这项研究的大学地震学家基思·科普尔说:“我们的研究是试图了解内核的内部。”。“这就像一个边疆地区。任何时候你想对事物的内部进行成像，你都必须去除那些肤浅的效果。所以这是最难制作图像的地方，最深的部分，仍然有一些未知的东西。”

这项研究利用了一个由全球地震阵列网络生成的特殊数据集，该网络是为探测核爆炸而建立的。1996年，联合国设立了全面禁止核试验条约组织筹备委员会，以确保遵守禁止这种爆炸的国际条约。

它的核心是国际监测系统(IMS)，其特点是使用遍布世界各地的先进传感仪器探测爆炸的四个系统。虽然他们的目的是执行国际禁止核爆炸，但他们已经获得了大量数据，科学家可以用这些数据来揭示地球内部、海洋和大气中正在发生的事情。

这些数据促进了照亮流星爆炸的研究，确定了侏儒蓝鲸的群体，促进了天气预报，并提供了冰山如何形成的见解。

虽然地球的表面已经被彻底地绘制成地图并描绘出特征，但是它的内部却很难研究，因为它不能被直接接近。感知这一隐藏领域的最佳工具是地震的地震波，它从地球的薄地壳传播，并通过岩石地幔和金属内核振动。

“这颗行星是由小行星形成的，这些小行星在太空中逐渐增大。它们相互碰撞，你会产生大量能量。所以整个星球，当它形成的时候，正在融化，”Koper说。“很简单，铁更重，你会得到我们所说的核心形成。金属下沉到中间，液态岩石在外面，然后随着时间的推移，它基本上冻结了。所有金属都在下面的原因是因为它们比岩石重。”

行星中的行星

在过去的几年里，Koper的实验室一直在分析对内核敏感的地震数据。由庞领导的一项先前的研究确定了地球自转和其内核之间的变化，这种变化可能引发了2001年至2003年白天长度的变化。

直径约4300英里的地核主要由铁和一些镍以及一些其他元素组成。外核仍然是液体，包裹着固体内核。

“这就像行星中的行星，有自己的旋转，它被这个巨大的熔融铁海洋解耦，”地质教授科普尔说，他领导着U of U地震仪站，或UUSS。

他说，地球周围的磁能保护场是由液体外核内发生的对流产生的，液体外核延伸到固体内核上方2260公里(1795英里)。熔化的金属上升到固体内核之上，在接近地球岩石地幔时冷却并下沉。这种循环产生了包围行星的电子带。如果没有地球坚固的内核，这个磁场将会变得更弱，行星表面将会受到辐射和太阳风的轰击，这些辐射和太阳风将会剥离大气层，使地球表面无法居住。

在这项新的研究中，研究小组查看了放置在世界各地的20个地震仪阵列记录的地震数据，其中包括南极洲的两个。离犹他州最近的是怀俄明州派恩代尔市外。这些仪器被插入到花岗岩地层中深达10米的钻孔中，并按照一定的模式排列，以集中接收到的信号，类似于抛物面天线的工作方式。

庞分析了2455次地震的地震波，这些地震都超过了5.7级，大约相当于2020年震撼盐湖城的地震的强度。这些波从内核反弹的方式有助于绘制其内部结构。

较小的地震不会产生足够强的波来用于这项研究。

“从内核返回的信号非常微弱。大小大约在一纳米的数量级，”Koper说。“我们正在做的是大海捞针。所以这些婴儿的回声和反射很难看到。”

核心正在改变

科学家在1936年首次利用地震波确定内核是固体。在丹麦地震学家Inge Lehmann发现之前，人们假设整个地核是液态的，因为它非常热，接近10，000华氏度，大约是太阳表面的温度。

在地球历史的某个时刻，在地球中心存在的巨大压力下，内核开始“成核”，或固化。这一过程何时开始尚不清楚，但U团队从地震数据中收集了重要线索，这些数据揭示了与渗透到核心内部的波相关的散射效应。

“我们最大的发现是，当你越深入，不均匀性往往越强。庞说:“越靠近地心，这种趋势越明显。”。

“我们认为这种结构与内核的生长速度有关。很久以前，内核增长非常快。它达到了一个平衡，然后开始缓慢增长，”Koper说。"并非所有的铁都变成了固体，所以一些液态铁可能会被困在里面."

参与这项研究的是来自南加州大学、法国南特大学和洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员。