2022年8月12日

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美国科学家首次成功绘制出:地核三维立体模型

在最新一期出版的《地球和行星科学通讯》杂志上,美国的研究人员们公布了他们的这一最新发现。美国国伊利诺斯州立大学教授宋小东(音译)与博士后研究员孙新雷(音译)共同参与了这项研究,并获得了美国国家科学基金会的资助。

通过分析最新获得的数据以及全球搜集来的传统数据,宋小东和孙新雷一起认真细致地探测着地核的形状。地核的主要成份是铁,它由直径2400千米的固态内核和直径7000千米的液态外核组成。在产生地球磁场的地球发电机中,内核扮演了极其重要的角色。固体内核具有弹性的各向异性,也就是说,地震波沿不同方向的传播速度不同。科学家们发现,各向异性会随半球和球半径的不同而改变。在最新发表的研究论文中,孙和宋还描述了内核中发现的另一个异常现象——球形结构。

孙说:“为了限制内核形状的各向异性,我们需要地震波沿地核中各个方向均匀传播。由于我们研究的地震波是由地震产生的,因此我们面临的一挑战就是尽可能多地掌握多位置点记录下的地震波。”在分析中,孙和宋使用三维X射线断层照相术来转化内核的各向异性,他们将内核在径向和纵向的各向异性参数化,然后运用三维光线跟踪法反复跟踪并追溯穿过内核的地震波。研究人员们发现,内核各向异性上有明显变化,这种变化清楚地标志了直径1180千米的内部内核的存在,其直径略低于内核直径的一半。研究人员表示,内核的分层可能意味着内核中铁的不同物理性质或晶相。孙说:“我们的研究结果表明,外部内核是由单相铁晶体组成,它们沿地球转轴的排列度数各不相同。内部内核可能是由不同晶相的铁组成,具有不同的排列模式。”

地核的总质量约占整个地球质量的31.5%,体积约占整个地球的16.2%。地核的体积比太阳系中的火星还要大,由于地核处于地球的最深部位,受到的压力比地壳和地幔部分要大得多。在外地核部分,压力已达到136万个大气压,到了核心部分便增加到360万个大气压了。这样大的压力,人类在地球表面是很难想象的。科学家们曾做过一次试验,在每平方厘米承受1770吨压力的情况下,最坚硬的金刚石会变得像黄油那样柔软。尽管早在20年前就有科学家提出过内核的各向异性,但宋却表示:“这是我们首次将所有数据拼凑起来,制成这么一个内核的三维模型,这有助于我们更好地了解地球内核的特性、矿物属性和演变过程。”

地核内部这些特殊情况,即使在实验室里也很难模拟,所以人们对它了解得还很少。但有一点科学家是深信不疑的:地球内部是一个极不平静的世界,地球内部的各种物质始终处于不停息的运动之中。有的科学家认为,地球内部各层次的物质不仅有水平方向的局部流动,而且还有上下之间的对流运动,只不过这种对流的速度很小,每年仅移动1厘米左右。有的科学家还推测,地核内部的物质可能受到太阳和月亮的引力而发生有节奏的震动。(刘妍) (来源:中国经济网)