地心新秘密:地球深處還藏著一個“內內核”?
大家可能都知道,地球分為4層,即地殼、地幔、外核和內核。然而,不久前,澳大利亞一個科學團隊發現地球內核鐵結構存在變化,在距離核心650千米處有一條“邊界線”。這表明地球的內核是雙層結構,在目前已知的內核之中竟然還存在著一個“內內核”。一旦這個研究結果被認可,說明地核的內部還深埋著一個小小的結構,“內內核”可能是地球真正的核心,當然也可能在這個核心之中還存在著我們尚未發現的結構。而這意味著人類關于地球的教科書將可能重新編寫……

在此之前,科學家采用地震和火山噴發等地質活動的數據對地球最深處進行了研究,確定地球內部存在一個最內層的地核結構,不過相關數據一直很模糊。與傳統方法不一樣,這次澳大利亞科學團隊采用的是“搜索算法”。他們通過國際地震中心收集 的幾十年來關于地震波穿過地球傳播所需時間的數據,對數千種“地球核心區域”模型進行了追蹤和匹配,并通過自己的算法發現,雖然地球的核心深度并沒有什么變化,也就是說地球的半徑區間沒有改變,但是在地球內部確實出現了波上面的方向改變,出現54度角,而且快波的方向與軸平行,這個微小的波動說明內部有一層隱藏性的結構存在。鐵結構中的微小變化,表明在地球演變的最初幾年里一大約45億年前,曾發生了一件戲劇性的未知事件。雖然該事件的具體細節仍然是一個謎團,但是為科學家理解地球內核增加了一塊拼圖。

依據科學家的最新研究, 地球的結構應當是5層, 并非之前認定的4層 ( 圖片來源:視覺中國)
依據該團隊的觀點,地震波穿過地核時,它們的變化揭示了鐵結構的細微差異??茖W家指出,由于受到全球尤其是地球兩極地震分布和接收地點的限制,存在很多干擾因素和差距,因此相關數據并不完美,降低了結論的確定性。但是,他們對這個重大發現頗有信心,因為得出的結論與其他有關地球最內層地核各向異性(各向異性是材料組成的差異改變地震波性質的方式)的研究相一致。下一步,他們將探索地球的相關波場,其中包括一系列波場來源的疊加數據。這樣就能夠在震源和接收器有限分布的情況下,不受深層地球結構的約束,提高對地球內核的認知,描繪更詳細的地球內部運動圖像,增強對地球演變歷程的理解。

科拉鉆孔鉆入地下12262米處
物理學家認為,地球磁場的形成與穩定都和地球的內核有關。他們通過研究分析地震產生的沖擊波,計算出地球核心可能的結構。地球核心是一個固體內核,相當于月球2/3的體積,主要成分是鐵。在地心高溫下,鐵的溫度與太陽表面相近,但重力造成碾碎的壓力使鐵無法變成液體。外核處于地幔之下、固體的內核之上,由液體的鐵和鎳構成,厚度大約為2200千米。外核的溫度范圍大約從外側的44oor向內增加至接近內核的6ioor。外核的溫度、壓力和成分的差異,導致熔融金屬產生對流。由于溫度較低的物質下沉,溫度較高的物質上升,沒有足夠的壓力使它成為固體,所以呈現液態。內核伴隨著液態鐵的不斷冷卻形成固態,最大深度可達到6370千米,由剛性很高、極高壓下結晶的固體鐵鎳合金組成。地核中心的壓力可達到350萬個大氣壓,溫度達到6 000龍。在這樣高溫、高壓的條件下,內核物質的特點是在高溫高壓長期作用下,猶如樹脂和蠟一樣具有可塑性,可對于短時間的作用力來說,卻比鋼鐵還要堅硬。
這一次,科學家發現了地球內核是“套娃”結構。作為最內層的地核,“內內核”是一種不同類型的未知結構,直徑大約相當于整個內核直徑的一半,距離地球核心650千米,是固態鐵,溫度超過5000龍,相對于其他地核層具有明顯的各向異性。內核外層的鐵晶體方向指向南北方向,而在“內內核”中鐵的晶體指向東西方向,這意味著它的物質可能擁有不同類型的結晶類型。
迄今為止,我們對地球的內部狀態還沒有一個“實質性”的研究,只是通過地球的活動來進行大體的劃分。地球“內內核”的發現,可能不會給我們的日常生活帶來多大的改變,然而它對科學家更好地理解地球和其他類似行星的形成卻是邁出了一大步,可以解釋一些有關于地球內核如何演化的信息。例如,在地球的歷史上,內核的變形范圍可能經歷過很大的改變,這其中可能隱藏著有關地球演化的關鍵信息。
科學家是如何了解地球內部結構的
有人可能對科學家能如此清楚地了解地球的內部結構感到迷惑不解:看又看不到,憑什么他們說的都是真的,是不是在胡亂猜想?關于這點,如果你做過B超或CT檢查就很清楚了。波在各種不同密度的物質中會發生方向和速度上的變化,通過測量這種變化,儀器就可以繪出身體內部的情況,發現里面的腫塊。地球內部同樣也是如此,但給它做CT檢查,就要用到更壯觀的地震波了。好在全球各地都有地震儀,忠實地記錄了每一次地震的翔實數據??茖W家通過分析研究這些數據,建立不同的計算機模型,就可以窺知地球內部的不同結構,以及是由什么物質組成的了。




