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鐵合金縱波測速可知地球液態(tài)外核缺碳

  • 發(fā)布時間：2015-12-01 03:31:57  來源：科技日報  作者：佚名  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(yè)大學地球生命研究所廣瀨敬教授的聯(lián)合研究小組日前宣布，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(tài)鐵合金的縱波速度，從而發(fā)現(xiàn)地球的液態(tài)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(tài)的外核（液態(tài)鐵合金）包圍。液態(tài)外核占金屬核質量的95%，其主要成分是鐵，其他是氫、碳、氧、硅、硫磺等元素。但科學家并不了解各種元素的含量比例。由于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(tài)外核的成分只能根據(jù)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(xiàn)實際的液體外核環(huán)境來測量液態(tài)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(tài)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(xiàn)這種極限環(huán)境來進行液態(tài)鐵合金的測量。

　　研究小組利用激光加熱鉆石對頂砧（DAC）裝置和大型放射光設施“Spring-8”，在高壓高溫狀態(tài)下讓實驗材料變成了液態(tài)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(fā)現(xiàn)，在液態(tài)外核中碳含量最大僅為1.2wt%（重量百分比濃度）。在液態(tài)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(tài)外核中所含的輕元素的種類和數(shù)量，就可以分析出產(chǎn)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(fā)表在近日出版的《自然—通訊》雜志上。

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