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人类从未抵达的地球核心什么样? 80%是铁

时间:2015-08-19 09:19 来源:未知 作者:地理教师 责任编辑:地理教师
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  据英国广播公司(BBC)网站报道,人类已经遍布整个地球——我们占据了陆地,我们能够在空中飞行,或者潜入最深的洋底,我们甚至还登上了月球。然而有一个地方我们却从未能抵达,那就是地球的核心。

  我们甚至还远远谈不上哪怕是接近地球核心的程度。地球的中心点位于我们脚下6000公里深处,甚至是地球核区的外侧边界也在我们脚下3000公里左右的深处。而相比之下,人类迄今钻探的最深记录是12.3公里,地点是在俄罗斯的科拉钻井。

  让我们感到熟悉的关于地球的一切也全部都发生在接近地球表面的区域。从火山口喷发的岩浆的源区大约位于地下数百公里深处。甚至是形成于地下极端高温和高压环境下的钻石,其形成的深度也仅有大约500公里左右。

  这样看来,对于超越这一深度下的地球内部情况,我们应该是一无所知的。然而事实却是:我们对于地球内部深处情况的了解是相当丰富的。我们甚至大致了解地球内 部在过去数十亿年历史期间的演化过程——所有这一切都是在没有任何一点实际样品的情况下做到的。这一点可能会让很多人觉得不可思议,那么以下就来介绍科学家们是如何做到这一点的:

  地球表面物质的密度低于地球平均密度,整个地球外部圈层的质量相比整个地球都只占据很小的一部分铁是宇宙中极为常见的物质,它们构成了地核成分的主体  密度估算

  英国剑桥大学的西蒙·雷德费恩(Simon Redfern)指出,开始这一切的一种好方法就是试着想一想地球的质量有多大。我们可以通过地球对其地表物体施加的引力作用大小来计算出地球的实际质量。计算的结果显示地球的质量约为5.9乘以10的21次方吨,也就是说59后面还有20个0。如果光从地球表面的物质密度看,地球质量无论如何不应该会这么大。

  雷德费恩表示:“地球表面物质的密度远低于地球物质平均密度,这就告诉我们在地球内部存在着密度更高的物质。这是第一点。简单来说,这也就意味着地球质量的绝大部分必定是存在于靠近地球核心的区域。接下来,我们就要问一个问题:究竟是什么物质组成了地球的内核?”

  答案应当是显而易见的:地核的主体成分应该是铁。根据目前的计算结果,科学家们一般认为地核的成分中大约有80%是铁,但更加精确的结果则存在一些争议。支持这一结论的一项重要证据是:铁大量存在于我们周围的宇宙中,事实上铁是银河系中丰度排名前十位的元素之一,同时铁也是陨石中非常普遍的成分。

  考虑到铁的这种普遍性,我们会非常容易地注意到在地球表面,相对而言铁是比较少见的,低于我们的预期。据此科学家们提出一个设想,那就是大约在45亿年前地球形成之时,大量地球上的铁都逐渐向下,沉降到地核里去了。

  那里是地球大部分质量所在的地方,那里也必然是大部分的铁所聚集的地方。在正常条件下,铁是一种密度相对较大的元素,而在地核的巨大压力条件下,铁甚至还会在高压下遭受挤压并形成密度更高的形态,因此如果将地核的因素考虑在内,便可以解释地球表面全部的铁元素缺失之谜。

  铁的沉降

  但这里似乎还有一个问题。那些沉降到地核里的铁是如何实现这种沉降的?

  毫无疑问,铁元素受到了重力影响,从而向着地球内部中心沉降。但一开始人们还难以描述这一过程是如何具体实现的。

  地球的其他部分的主体成分是被称作“硅酸盐”的岩石物质,而呈现熔融状态的铁必须想办法穿过这些硅酸盐,从而抵达地核。总体来看,这就有点像是放在油腻表面上的水,铁同样形成了较小的“液滴”——它们相互聚集,形成局部性的小型富集区,而不是向周围扩散和流动。

  2013年,美国斯坦福大学的毛礼文(Wendy Mao)和她的同事们找到了一个可能的答案。她们想要弄清,当铁与硅酸盐一同暴露于极端压力环境时将会发生什么——而这正是地球深部的环境条件。

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