地球的秘密:内核表面有一层“糊糊”

来源:科技日报 时间:2017-09-05 02:04

日前,国际权威学术期刊《自然·通讯》发表了中国科学技术大学地震与地球内部物理实验室温联星研究组的研究文章,报道地球内核表面局部地区存在糊状层。

糊状层是什么?“糊状层指的是在凝固过程中经常形成的夹于纯固体和纯液体之间的一个固液共存的过渡层,就像盛水的锅里炖着土豆。”中国科大温联星教授告诉科技日报记者,位于地球最中心的固态内核,就是随着地球内部的冷却从液态外核慢慢凝固而成。

根据冶金学经验和理论分析,科学家在上世纪80年代就预言地球内核边界附近可能包含三个区域:以纯液态形式存在的上部区域,即地球外核;以纯固态形式存在的下部区域,即地球内核;以固液态共存形式存在的中间区域,就是糊状层。

“然而,关于地球内核边界附近存在糊状层的结论只是一个推断,科学界一直没有任何观测证据支持它的存在。”温联星说。

那么,地球内核表面是否存在糊状层?它又有什么意义呢?温联星告诉记者,这和地球磁场的起因密切相关。

“地球磁场阻挡了太阳辐射来的带电粒子和来自宇宙的射线,保护了地球生物的生存与繁衍环境。然而,我们对地球磁场起因的了解却不深”,“爱因斯坦也曾把地球磁场起因列为物理学中尚未解决的重大问题之一”。

温联星告诉记者,根据我们目前的认知,地球磁场是由于液态外核快速对流构成的“地磁发电机”而形成,而外核并不像地球其它地方,比如地幔,拥有放射性元素为其对流提供热能,外核对流的驱动力主要来源于地球液体外核形成固体内核的凝固过程。

“因此,认识地球内核的凝固过程成为了解地球磁场起因的关键,而内核边界糊状层的存在,则将对理解地球内核的凝固过程具有关键性的揭示意义。”温联星解释说。

中国科大研究组通过分析日本高感度地震台网Hi-net记录到的从地球内核边界反射的地震波的走时和波形,发现在鄂霍次克海西南部下方的地球内核边界存在一个厚度约为4—8公里的糊状层,而与该区域临近的其它地球内核边界则呈现出尖锐的界面,并无糊状层存在。

这个研究结果不仅为内核边界糊状层的存在提供了直接的科学证据,同时还表明糊状层并非像当初设想的均匀地分布在全球内核表面,而是仅存在于内核局部地区。

“这项研究结果还表明,地磁场驱动力并非像我们一直认为的在各地理位置上均匀分布,而是随区域而变化。”温联星说,地球内核凝固在大部分无糊状层地区释放潜热,而在局部糊状层区则释放热和化学能。

中科大的研究为全球探索地球内核表面糊状层、推动科学界全面认识地球磁场的驱动力提供了一个崭新的方向。