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科学家终于弄清楚为什么比太阳更热的地核却是固态的

日期: 2017-02-15 09:30

科学家终于弄清楚为什么比太阳更热的地核却是固态的

长久以来,地球核心(地核)给科学家带来了一个悬而未解之迷。在地球的熔铁核心中除呈熔融态外地核之外,还存在内地核,其温度高于地球表面,却不熔化并且始终保持固态晶体形式。

而一项新的研究可能会为我们解开谜团,该研究表明内地核原子通过不断重组以阻止核心变成液体。

在地球内地核旋转的是是一团纯铁,其质量几乎和月球相当。地核的压力比地面压力高350万倍,温度高出约6000°C(10800°F)。在这种极端的温度和压力下,分子进行运动。这被称为扩散并且导致了原子的不稳定性,将固态晶体铁转化为液态铁。

科学家终于弄清楚为什么比太阳更热的地核却是固态的

内地核的铁结晶像液体一样滑落,只能被重新插入。研究人员将这个过程描述为“洗牌”,这种原子的再循环使铁晶体不再失去其固体结构而变成液体。

来自瑞典皇家理工学院科学家的理论为不可观测的地核研究指明了新方向。研究人员使用Triolith(瑞典最大的超级计算机之一)进行了繁重的计算机模拟,结果得了这个新发现。通过这些模拟,他们重新解释了三年前在加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室获得的观察结果。

该论文的第一作者Anatoly Belonoshko博士说:“关于地核铁稳定性的实验数据就在我们眼前,我们只是不知道这是什么意思。在地核极端压力下,由于高振幅的原子运动,原子不再属于一个平面。”

研究人员解释,这些平面的滑动有点像洗一副扑克牌。即使卡牌放在不同位置,扑克牌仍然是扑克牌。同样,铁始终保持其立方结构。

科学家终于弄清楚为什么比太阳更热的地核却是固态的

洗牌导致分子和能量的分配巨大增加,这又导致了增加的熵和能量状态的分布。这反过来,使得地核稳定。通常,扩散破坏晶体结构使固体结构变成液体。但这种情况下,扩散保留核心的固体结构。

Belonoshko博士说:“这种扩散也解释了为什么地球的核心是各向异性的,也就是说,它的纹理是定向的,就像木纹一样。”

地核的各向异性解释了‘为什么地震波在地球两极之间传播比通过赤道传播更快’,该团队的预测有助于科学家更好地了解地球内部,并最终预测地球未来。

“地球科学的最终目标是了解地球的过去、现在和未来。我们的预测使我们能够做到这一点。”Belonoshko博士说。


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