咱們腳底下的地球,最中心那坨“鐵疙瘩”,居然藏著一種人類剛摸清的物質狀態——不是普通固體,也不是液體,卻能讓它軟得像黃油。最近中國科研團隊的研究,終于把地震界纏了多年的這個謎題給捅破了。
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內核的“反常軟”:地震波為啥“卡殼”?
地球內核分兩層:外面是熔融的外核,里面是固態的內核。內核的條件極端到離譜:壓力超330萬個大氣壓(相當于每平方厘米壓3300噸),溫度和太陽表面差不多(約5500℃)。
按常理,這么高壓下的鐵合金應該硬得像鋼。但地震波測出來的結果卻反常:剪切波(地震里橫走的波)走得比預期慢很多,內核的泊松比(反映材料彈性的指標)居然和黃油差不多,離鋼差遠了。
這問題纏了科學家幾十年:為啥固態內核會“軟得離譜”?
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實驗實錘:碳原子像小孩穿廣場舞隊
直到最近,研究團隊,終于拿出了直接證據。
他們用動態沖擊壓縮平臺,把鐵碳合金樣品加速到7公里每秒(比子彈快多了),瞬間造出140吉帕壓力、2600開爾文溫度——和內核條件幾乎一模一樣。
同時測聲速、做分子動力學模擬,發現了關鍵:鐵碳合金在這條件下變成了超離子態。
簡單說,鐵原子還保持著有序的晶格(是固體),但里面的碳原子卻像“竄來竄去的小孩”,在晶格間隙里自由移動——就像小孩在廣場舞隊里鉆來鉆去,不碰倒人,但讓隊伍“軟了不少”。
這種狀態下,合金的剛度驟降,剛好對應地震波的“慢走”和黃油般的泊松比。
不止解地震謎,還影響地球磁場?
這個發現不止解釋了內核的“反常軟”,還捅開了地球內部動力學的新窗戶:
碳原子的流動,能解釋地震波的“各向異性”——就是波速隨方向變,之前沒找到合理原因;
這些“流動的輕元素”(碳是其中一種),可能給地磁場提供新能量。之前以為地磁場靠熱對流、成分對流驅動,現在多了個“原子擴散”的動力源;
還解決了輕元素在高壓下的行為爭論——之前沒重視“間隙固溶體”(碳在鐵晶格間隙)的作用,現在證明這是關鍵。
地球心臟,原來不是“死硬疙瘩”
這個發現讓科學家對內核的認知徹底變了:從“靜態、硬邦邦的鐵球”,變成“動態、有原子流動的超離子態固體”。
不止地球,這個超離子態還能幫理解其他類地行星(比如火星)、系外行星的磁場和熱演化——畢竟很多行星內核條件也極端。
原來咱們腳底下的地球心臟,居然藏著這么“靈活”的物質狀態!你之前以為內核是啥樣的?硬邦邦的鐵?還是像果凍?評論區聊聊你的想法~
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