鐵合金縱波測速可知地球液態外核缺碳
- 發佈時間：2015-12-01 03:31:57 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報北京11月30日電 （記者陳超）日本理化學研究所放射光科學綜合研究中心的中島陽一特別研究員，與東京工業大學地球生命研究所廣瀨敬教授的聯合研究小組日前宣佈，他們通過在70萬個大氣壓、2800開爾文（K）的超高壓高溫條件下測量出液態鐵合金的縱波速度，從而發現地球的液態外核碳極度缺乏。
地球中心是半徑為3500公里的金屬核。金屬核為兩層結構，中心部分由固體的內核（固體鐵合金）組成，外側則由液態的外核（液態鐵合金）包圍。液態外核佔金屬核品質的95%，其主要成分是鐵，其他是氫、碳、氧、硅、硫磺等元素。但科學家並不了解各種元素的含量比例。由於金屬核距地表最近距離約為2900公里，直接測量其成分極為困難。測量液態外核的成分只能根據地震波觀測到的縱波速度、密度等物理方法進行。通過實驗室再現實際的液體外核環境來測量液態金屬合金縱波速度，與地震波觀測的縱波速度進行比較，就能夠得知其成分。但是地球內部是超高壓超高溫的世界，液態外核的最上部具有135萬個大氣壓和4000K以上的溫度，實驗室內很難再現這種極限環境來進行液態鐵合金的測量。
研究小組利用鐳射加熱鑽石對頂砧（DAC）裝置和大型放射光設施“Spring-8”，在高壓高溫狀態下讓實驗材料變成了液態鐵碳合金，在70萬個大氣壓和2800K超高壓高溫條件下成功測定了其縱波速度。研究結果發現，在液態外核中碳含量最大僅為1.2wt%（重量百分比濃度）。在液態外核的輕元素10wt%含量中主要是由碳以外元素組成。如果能夠測出液態外核中所含的輕元素的種類和數量，就可以分析出産生地球磁場的“核透磁電機”的原理以及地球形成時金屬核分離的狀況。
該研究成果發表在近日出版的《自然—通訊》雜誌上。
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