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研究人員窺視地球內核：數據顯示固體金屬球是“有紋理的”

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研究人員窺視地球內核：數據顯示固體金屬球是“有紋理的”


研究人員窺視地球內核：數據顯示固體金屬球是“有紋理的” 。信用:Pixabay/CC0公共領域
據猶他大學：地球的中心是一個實心的金屬球，是一種“行星中的行星”，它的存在使地表上的生命成為可能，至少就我們所知 。
隨著時間的推移，地球內核是如何形成、增長和演化的仍然是一個謎，猶他大學領導的一個研究小組正在尋求借助自然發生的地震產生的地震波來探索這個問題 。雖然這個直徑為2442公里的球體不到地球總體積的1% ， 但它的存在是地球磁場的原因，沒有它，地球將是一個非常不同的地方 。
但根據該大學地質與地球物理系前博士生龐冠寧的說法，內核并不是科學家們曾經假設的同質物質，而是更像是一幅不同“織物”的織錦 。
“我們第一次證實了這種不均勻性在內核中無處不在 ， ”龐說 。龐現在是康奈爾大學的博士后研究員，他是發表在《自然》雜志上的一項新研究的第一作者，這項研究打開了一扇通往地球最深處的窗戶 。他在猶他大學進行的這項研究是他博士論文的一部分 。
另一個最后的邊界
負責這項研究的大學地震學家基思·科普爾說:“我們的研究是試圖了解內核的內部 ?！??！斑@就像一個邊疆地區 。任何時候你想對事物的內部進行成像，你都必須去除那些膚淺的效果 。所以這是最難制作圖像的地方，最深的部分，仍然有一些未知的東西 。”
這項研究利用了一個由全球地震陣列網絡生成的特殊數據集，該網絡是為探測核爆炸而建立的 。1996年，聯合國設立了全面禁止核試驗條約組織籌備委員會，以確保遵守禁止這種爆炸的國際條約 。
它的核心是國際監測系統(IMS)，其特點是使用遍布世界各地的先進傳感儀器探測爆炸的四個系統 。雖然他們的目的是執行國際禁止核爆炸，但他們已經獲得了大量數據 ， 科學家可以用這些數據來揭示地球內部、海洋和大氣中正在發生的事情 。
這些數據促進了照亮流星爆炸的研究，確定了侏儒藍鯨的群體，促進了天氣預報，并提供了冰山如何形成的見解 。
雖然地球的表面已經被徹底地繪制成地圖并描繪出特征，但是它的內部卻很難研究，因為它不能被直接接近 。感知這一隱藏領域的最佳工具是地震的地震波，它從地球的薄地殼傳播，并通過巖石地幔和金屬內核振動 。
“這顆行星是由小行星形成的，這些小行星在太空中逐漸增大 。它們相互碰撞，你會產生大量能量 。所以整個星球，當它形成的時候，正在融化，”Koper說 。“很簡單，鐵更重，你會得到我們所說的核心形成 。金屬下沉到中間，液態巖石在外面，然后隨著時間的推移，它基本上凍結了 。所有金屬都在下面的原因是因為它們比巖石重 ?！?br>行星中的行星
在過去的幾年里，Koper的實驗室一直在分析對內核敏感的地震數據 。由龐領導的一項先前的研究確定了地球自轉和其內核之間的變化 ， 這種變化可能引發了2001年至2003年白天長度的變化 。
直徑約4300英里的地核主要由鐵和一些鎳以及一些其他元素組成 。外核仍然是液體，包裹著固體內核 。
“這就像行星中的行星，有自己的旋轉，它被這個巨大的熔融鐵海洋解耦，”地質教授科普爾說，他領導著U of U地震儀站 ， 或UUSS 。
他說，地球周圍的磁能保護場是由液體外核內發生的對流產生的，液體外核延伸到固體內核上方2260公里(1795英里) 。熔化的金屬上升到固體內核之上 ， 在接近地球巖石地幔時冷卻并下沉 。這種循環產生了包圍行星的電子帶 。如果沒有地球堅固的內核 ， 這個磁場將會變得更弱，行星表面將會受到輻射和太陽風的轟擊 ， 這些輻射和太陽風將會剝離大氣層，使地球表面無法居住 。
在這項新的研究中，研究小組查看了放置在世界各地的20個地震儀陣列記錄的地震數據，其中包括南極洲的兩個 。離猶他州最近的是懷俄明州派恩代爾市外 。這些儀器被插入到花崗巖地層中深達10米的鉆孔中，并按照一定的模式排列，以集中接收到的信號，類似于拋物面天線的工作方式 。
龐分析了2455次地震的地震波 ， 這些地震都超過了5.7級，大約相當于2020年震撼鹽湖城的地震的強度 。這些波從內核反彈的方式有助于繪制其內部結構 。
較小的地震不會產生足夠強的波來用于這項研究 。
“從內核返回的信號非常微弱 。大小大約在一納米的數量級，”Koper說 ?！拔覀冋谧龅氖谴蠛漆?。所以這些嬰兒的回聲和反射很難看到 ?！?br>核心正在改變
科學家在1936年首次利用地震波確定內核是固體 。在丹麥地震學家Inge Lehmann發現之前，人們假設整個地核是液態的，因為它非常熱，接近10，000華氏度，大約是太陽表面的溫度 。
在地球歷史的某個時刻，在地球中心存在的巨大壓力下，內核開始“成核”，或固化 。這一過程何時開始尚不清楚 ， 但U團隊從地震數據中收集了重要線索，這些數據揭示了與滲透到核心內部的波相關的散射效應 。
“我們最大的發現是，當你越深入，不均勻性往往越強 。龐說:“越靠近地心，這種趨勢越明顯 ?！?。
“我們認為這種結構與內核的生長速度有關 。很久以前，內核增長非?？?。它達到了一個平衡，然后開始緩慢增長，”Koper說 。"并非所有的鐵都變成了固體，所以一些液態鐵可能會被困在里面."
參與這項研究的是來自南加州大學、法國南特大學和洛斯阿拉莫斯國家實驗室的研究人員 。