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【物理科普】地球核心的探索之旅

环球物理  · 公众号  · 物理  · 2017-02-19 22:03

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那里是地球大部分质量的所在,也必然是大部分铁的聚集之处。在正常条件下,铁是相对密集的元素,在地核的极端高压环境下,它可能被压缩至更大的密度,这样便可解释所有缺失的质量了。


但是且慢,铁最初又是如何到达地核的?



△ 圣安德烈(San Andreas)斯断层会触发大地震。(图片来源:US Geological Survey/SPL)


铁元素必定受到了重力影响,向着地核沉降。但具体过程目前还不清楚。


地球剩余的大部分是由一种名为“硅酸盐”的岩石物质组成,而处于熔融状态的铁必须想办法穿过这些岩石,从而抵达地核。类似于水在油腻表面上形成的液滴,铁也会聚拢形成小的聚集区,而不会向周围扩散和流动。


2013 年,美国斯坦福大学的毛立文 (Wendy Mao) 和她的同事们找到了一个可能的解决方案。他们想知道,当铁与硅酸盐一同暴露于极端高压环境时将会如何 — 而这正是地球内部深处的环境条件。


通过使用金刚石极度挤压这两种物质,研究人员迫使熔化的铁流经硅酸盐。


毛立文说:“压力实际上改变了铁与硅酸盐相互作用的性质。在高压下,一种‘熔融网络’(melt network)形成了。”


这表明,铁元素很可能在数百万年的漫长时间里被逐渐挤压穿过地球的岩层,并最终到达地核区域。



△ 虽然地震极具破坏性,但我们也可以从中学到东西。(图片来源:Peter Menzel/SPL)


你可能会好奇我们是如何得知地核大小的。答案很简单:地震学。


当地震发生时,它发出的冲击波将穿过整个地球。地震学家会记录这些震动情况。这就好比我们用一个巨大的锤子敲击地球的一端,然后在另一端聆听其产生的声音。


雷德芬说:“在20世纪60年代,智利发生了一次强烈地震。那次地震留下了大量数据。” “分布在全球各地的地震台都记录到了该地震的到来。”


因为振动的传播路径不同,它们可能传到了地球上的不同角落,从而影响在另一端听到的“声音”。



△ 神户大地震的地震仪。(图片来源:Carlos Munoz-Yague/Eurelios/SPL)








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