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研究发现地球内核中还藏有另一个内核

地球神秘内核的示意图。（Shutterstock）

科学家们在地球中心发现了一个全新的内核，这让地球的内层变得更加复杂。这一发现也可能有助于科学家了解太阳系及其它行星的形成。

2月21日发表在《自然‧通讯》（Nature Communications）杂志上的研究表明，被认为是地球最内层的地方实际上还有另一个内核，由铁构成，直径约650公里。

“2002年提出了最内核（innermost inner core）的存在，半径估计约为300公里。截止目前，几项研究已经证实了这一点，包括我们最近的研究。对其大小的最新估计约为650公里，”该论文的第一作者、澳洲国立大学地球物理学博士后范清山（Thanh-Son Pham，音译）告诉新闻周刊。

在这之前，地球的结构假定为有四层：外壳、地幔、外核和内核。内核直径1220公里，由密度极高的铁和镍组成，温度约为5426摄氏度。

外核也由铁和镍组成，但是液态的，在巨大的湍流中翻滚，产生电流，从而维持地球的磁场。地幔主要由铁、镁和硅组成，厚度约为3002公里，而地壳厚度仅为4.99公里至70公里不等，取决于其具体位置。

长期以来，人们一直认为地球有一个最内核，但一直未得到证实。

作者利用来自世界各地的地震波记录发现了这个额外的最内核。“我们分析了过去十年中数百次大地震的地面运动数字记录，即地震图，”范清山说。“由于全球地震网络的空前扩张，特别是美国本土、阿拉斯加半岛和欧洲阿尔卑斯山的密集探测网络，使得这项研究成为可能。许多同步工作的地震仪增强了探测能力，使得一些在地球内部反复震荡的微弱信号能够被探测到。”

与之前的研究相比，能利用数百个密集地震仪组成的大型网络是新研究的一大关键优势。

“这项新研究与以前不同，因所用的地震波会在地球内部沿其直径并通过其中心多次反弹。这样，我们就可以在某些方向获得内核样本，而这些是过去的方法所无法获得的，我们对内核采样的角度越多，就越能分辨出地球内核两个区域的各向异性特性。”

他们发现，根据行进方向，这个最内层的地核具有不同的地震波行进速度，这种特性被称为各向异性。此属性不存在于内核的其余部分。

“这可能是由高温高压下铁原子的不同排列或生长晶体的首选排列引起的。强有力的证据表明，内核的外壳是各向异性的，传播最慢的方向是在赤道平面上，最快的是平行于地球的自转轴。同时，在内核的最里面，最慢的传播方向与赤道面形成一个斜角。这很关键——这就是为什么，我们说最内核存在明显的各向异性，” 范清山说。

研究者称，这个新发现的最内核与内核其余部分之间的边界不像地球内部其它层次之间那么清晰，而是更加平缓。

“从最里面的金属（固体）球到内核外壳（也是金属的固体外壳）的过渡似乎是渐进的而不是尖锐的。这就是为什么我们不能直接通过反射的地震波来观察它;相反，我们是使用那些穿过它的地震波。这与之前针对其它地球内部层次之间的尖锐边界的研究有所不同，” 范清山说。

作者认为，这可能是由地球磁场的变化形成的，反过来这也对地球是在45亿年前形成的这个假说提供了从新认识的可能。

“地球的不同层次如何相互作用以及液体外核中的对流如何影响内核的生长与凝固。内核由于与其它各层的耦合而生长（和旋转），这种耦合既具有引力特性同时又有电磁特性，”范清山说。

“了解地球磁场的历史可让我们瞥见其它行星可能发生的事情。以火星为例，我们还不明白为什么火星磁场已不复存在。可能是因其液体核心中的对流停止了，而这又可能是由其固体部分的增长率（或液体外核中存在的化学元素的混溶性 [mixability]）引起的。”