科学探索|科学家们揭示了地球内部核心超离子状态的秘密科学家们揭示了地球内部核心

地球的核心是我们星球最深的部分，其特点是压力和温度极高，它由一个液体的外核和固体的内核组成。内核的形成和增长是由于内核边界的液态铁的凝固。内核的密度低于纯铁，而且据信一些轻元素存在于内核中。

文章图片

由中国科学院地球化学研究所的何宇教授领导的联合研究小组发现，地球的内核不是普通的固体，而是由固体铁子晶格和液态轻元素组成，这也被称为超离子状态。在内核条件下，液态光元素在铁亚晶格中具有高度的扩散性。
这项研究将于今天（2022年2月9日）发表在《自然》杂志上。
超离子状态是介于固体和液体之间的一种中间状态，广泛存在于行星的内部。来自IGCAS和高压科学与技术高级研究中心（HPSTAR）的研究人员利用基于量子力学理论的高压和高温计算模拟，发现一些Fe-H、Fe-C和Fe-O合金在内核条件下转变为超离子状态。
在超离子铁合金中，轻元素变得无序，像液体一样在晶格中扩散，而铁原子保持有序，围绕其晶格振动，形成固体铁框架。超离子铁合金中C、H和O的扩散系数与液态铁中的扩散系数相同。
"这是很不正常的。"该研究的第一作者和通讯作者何宇教授说："铁在内核边界的凝固并没有改变这些轻元素的流动性，而且轻元素的对流在内核中是连续的。"
关于内核的一个长期之谜是它相当柔软，剪切波速度相当低。研究人员计算了这些超离子铁合金的地震速度，发现剪切波速度明显下降。"我们的结果与地震学观察很吻合。来自IGCAS的共同第一作者孙世川说："正是这些类似液体的元素使内核变软。"
【科学探索|科学家们揭示了地球内部核心超离子状态的秘密】高度扩散的轻质元素可以影响地震速度，为了解内核的其他奥秘提供关键线索。通过考虑这些液态元素在内核中的分布和对流，内核在过去几十年中的各向异性结构、地震波衰减和结构变化可以在超离子模型中得到合理解释。