地球固態(tài)內(nèi)核僅十幾億歲
有助科學(xué)家進(jìn)一步了解地球磁場(chǎng)
科技日?qǐng)?bào)北京8月30日電 (記者劉霞)四川大學(xué)地球物理研究室與北京高壓科學(xué)研究中心及美國(guó)科學(xué)家攜手，重新對(duì)地球固態(tài)內(nèi)核的年齡進(jìn)行估計(jì)，測(cè)算出其年齡介于10億到13億年之間。最新研究發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》雜志。
團(tuán)隊(duì)歷時(shí)兩年，通過將激光加熱的鐵樣品在兩個(gè)金剛石砧之間擠壓從而創(chuàng)造出類似于地球核心的環(huán)境，研究人員表示，這一年齡位于此前13億至45億年估計(jì)年齡譜的較小端；但又比最近一項(xiàng)僅5.65億歲的估計(jì)大一些。更重要的是，最新研究有助于科學(xué)家確定地核的熱流量，以及為“地球發(fā)電機(jī)”提供動(dòng)力的能量來源。
研究者四川大學(xué)張友君副教授解釋稱，地球的核心主要由鐵構(gòu)成，分為固態(tài)內(nèi)核和液態(tài)外核。高溫的鐵地核通過熱傳導(dǎo)向地幔中傳遞熱量，因此地核的熱導(dǎo)率是確定地核許多屬性包括內(nèi)地核如何形成以及“地球發(fā)電機(jī)”如何驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵。“地球發(fā)動(dòng)機(jī)”則是指帶電的富鐵液態(tài)外核的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了地球磁場(chǎng)。
張友君說：“外核液態(tài)金屬流動(dòng)，溫度和壓力差異產(chǎn)生電流，再加上地球旋轉(zhuǎn)，可制造大規(guī)模的‘發(fā)電機(jī)效應(yīng)’。地球發(fā)電機(jī)是維持地球磁場(chǎng)的機(jī)制，而地球磁場(chǎng)能保持指南針的指向，并保護(hù)生命免受有害宇宙射線的侵害。”
新測(cè)得鐵在地核環(huán)境下的熱導(dǎo)率低于最近研究估值的30%至50%，但這足以改變科學(xué)家們對(duì)地球年齡和地球發(fā)電機(jī)的認(rèn)識(shí)。研究表明地球發(fā)電機(jī)主要包括熱對(duì)流和成分對(duì)流這兩種不同的能量來源和機(jī)制維持。在地球初期，地球發(fā)電機(jī)僅靠熱對(duì)流維持；在地球內(nèi)核形成至今，這兩種機(jī)制共同作用并且同樣重要。
“本研究在實(shí)驗(yàn)和理論上共同確定了地核主要成分鐵在地核環(huán)境下的電熱輸運(yùn)性質(zhì)，解決了近20年來關(guān)于地核熱傳導(dǎo)性質(zhì)的爭(zhēng)議”，張友君如此強(qiáng)調(diào)。
研究合作者、德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的林俊孚教授說：“地球在太陽(yáng)系中獨(dú)一無二，因?yàn)樗鼡碛写艌?chǎng)并宜居，我們的結(jié)果有助于科學(xué)家厘清為什么太陽(yáng)系內(nèi)其他行星沒有磁場(chǎng)。”
研究人員表示，由于地核中除了主要組成成分鐵外，還有約10%的輕元素，接下來他們計(jì)劃進(jìn)一步確定這些輕元素會(huì)對(duì)地核的熱傳導(dǎo)和地球發(fā)電機(jī)產(chǎn)生什么影響。隨著對(duì)電熱輸運(yùn)認(rèn)識(shí)的改進(jìn)，研究人員可以更精確地估計(jì)地球內(nèi)核的年齡。
據(jù)悉，本研究得到了中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金、美國(guó)自然科學(xué)基金，以及四川大學(xué)雙一流高校建設(shè)的資助。
總編輯圈點(diǎn)
地球目前是人類在宇宙中的唯一家園，我們對(duì)她足夠了解嗎？未必。以這項(xiàng)研究為例，不同研究得出的地球固態(tài)內(nèi)核年齡不同，說明該問題在科學(xué)家之間仍存在一定爭(zhēng)議。類似的深層次科學(xué)問題還有很多，有的沒有答案，有的只是假說，有的仍無定論。所以，當(dāng)人類探索足跡不斷邁向宇宙深處的同時(shí)，我們也需要更多地關(guān)注地球深處，探索藏在我們腳下的科學(xué)奧秘。