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地下3000公里有个“铁球”,科学家:它们的来源至今未解

我们知道地球的半径为3400多公里,大约3000公里的地下,有一个“铁球”,这就是地球内层铁核心,主要元素除了铁外,还有镍,密度很高,每立方厘米高达10克,温度达到7000摄氏度,外层为液态金属流。于是科学家就有一个疑问,为什么地球比其他行星拥有更高的重铁同位素?这个隐藏在3000公里地下的“铁球”有何特别之处?

科学家认为,地球上独特的铁成分跟地核的形成无关,早期形成地球的原始材料本来就富含重铁,但它们的来源至今未解。

轻铁同位素可能在地球与另外一个行星撞击过程中被蒸发到太空中,这一过程也导致了月球的形成。同时地幔在产生、重新利用地壳的缓慢翻转时,也优先渗入重铁。地球铁核心的形成可能经历了一起重大天体撞击,这是影响地球历史的重大事件,造成了铁同位素的异常。

芝加哥大学、法国巴黎索邦大学等科学家发现,陨石中重、轻铁同位素的比率都相同,地球上的岩石重铁与轻铁同位素比率要大0.001%。虽然这个数字这可能听起来不太多,好像无关紧要的样子,但这足够使得地球内核的铁成分不同于已知来源。

这0.001%的异常至关重要,因为这种显著的差异正好代表了我们地球的铁核有一个不同来源,至少与球粒状陨石不同。解析地球的铁异常最流行的理论是,行星(相对于太阳系中其他矮岩石天体)在核心形成的时候产生高压和高温的环境,使得不同比例的重铁和轻铁同位素在核心与地幔中积累,之后组成岩石地幔的过程中,重铁占有较大比例,轻铁同位素则与其他微量元素结合,构成了地球核心。

要知道地核形成的物理环境是非常困难的,但是我们可以通过高压进行模拟,揭示造成地球上铁的独特性的原因。这种方法应用的范畴较为,你总不可能去地核采集岩石样本,因此只能通过实验室模拟。芝加哥大学教授Nicolas Dauphas通过高压研究发现,在硅酸盐地幔和金属核分馏得到的铁同位素最少,这个发现看似没啥亮点,但事实上可以推测其他类地行星内部的结构。

如果其他类地行星的铁核成分也与地球不同,那么地球的特殊性又增加了一些筹码,这与地球支持生命是否有关联呢,或许这是下一个需要解决的问题。

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