参考消息网4月5日报道 据美国《科学新闻》双周刊网站3月16日报道，地球的中心可能有一个秘密的腔室。研究人员说，地球的内核不是一个由镍和铁组成的实心球，而是包含两层：外壳，以及外壳包裹的中心区域。
科学家说，他们已经利用一种以前没有描述过的地震波证实了这个最里面的内核的存在。这种地震波不仅穿过地核，还可以在地球内部来回反射，从而收集有关地核结构的宝贵数据。
了解磁场演化
研究人员关注了过去十年发生的6级或以上的地震，并合并了来自世界各地地震站的有关这些地震的数据。把这些数据信号结合起来，就可以发现地震波非常微弱的反射。在研究人员分析的大约200次地震中，有16次产生了多次穿过内核的地震波。
地核的起源、结构和命运引起了人们极大的兴趣，因为地核产生地球磁场，保护地球不受太阳喷射出的带电粒子的影响，并帮助地球居民免受过多辐射的伤害。
澳大利亚国立大学的地震学家赫尔沃耶·特卡尔契奇说：“了解磁场如何演变对地球表面的生命来说极其重要。”
整个地核直径约为6600公里，包含两个主要部分——液态的外核和固态的内核。当富含铁的流体在外核中循环流动时，一些物质会冷却并结晶，下沉形成一个固体中心。这种相互作用产生了地球磁场。
这样的旋舞始于何时尚不确定，但一些研究显示，那是在5.65亿年前——仅是地球46亿年生命历程的一小部分。这种舞蹈有时会失去力度，它不流畅的舞步保存在岩石的微小磁性颗粒中。这些数据显示，地球的磁极在过去岁月里发生了多次翻转，从而短暂地削弱了磁场。随着越来越多的晶体冷却，这种舞蹈最终会变慢并停止，在数亿年或数十亿年后关闭地球的磁场。
不同类型和结构的矿物，以及地表下不同数量的液体，可以改变地震波穿过地球的速度，从而为地球内部的构成提供线索。2002年，研究人员注意到，穿过地球最深处的地震波在相对地球两极某一个角度的方向上比在其他方向上移动得稍慢一些。这显示，这里存在某种反常情况，也许是晶体结构方面不同。该研究团队认为，这个隐藏的核心可能是一种化石，是地核形成初期得以长期保留下来的遗留物。
自从这一观察以来，特卡尔契奇和其他人仔细研究了地震数据，找到了一些独立的证据线，它们有助于支持地球存在一个最深处内核的观点。研究显示，不断回响的地震波——2月21日发表在《自然·通讯》的一篇文章对它进行了描述——也发生了减速，这是迄今为止这个隐蔽“内心”存在的最有力证据。
利用这些地震数据，特卡尔契奇和同样来自澳大利亚国立大学的地震学家彭坦松（音）估计，这个“内心”直径大约有600公里，大约是地球内核直径的一半。两人估计，最慢地震波的移动方向位于相对地球自转轴约50度的地方，从而就地球最深处的这个区域提供了更多认识。
特卡尔契奇说，地震波减速的确切原因尚不清楚。这种现象可能与铁晶体的结构有关。铁晶体可能在较靠近地球中心的区域以不同的方式积压在一起。或者，原因可能在于由很久以前某个全球性事件引起的一种不同的晶体排列。该事件改变了内核晶体由外核凝固而来的方式。
地球内核还藏有许多其他奥秘。地核中少量存在的较轻元素——氢、碳、氧——可能以类似液体的“超离子”状态围绕固体铁流动，从而使这幅地震波图景变得更加复杂。
发现内核新层
另据美国《华盛顿邮报》2月24日报道，在近日发布的一项新研究中，澳大利亚国立大学的两位地震学家记录了地球内核有一个直径约600公里的固体金属球的新证据，就像一个巨大的行星俄罗斯套娃中最里的那个小雕像一样。与地球核心的其他部分一样，新层由铁镍合金组成。但研究发现，它具有不同的晶体结构，导致地震产生的冲击波在其中回荡的速度不同于周围的核心部分。
“很明显，最内层的内核与外层有所不同，”该研究的第一作者彭坦松说，“我们认为是原子在这两个区域的（堆积）方式略有不同。”
研究人员研究内核是为了更好地了解地球磁场，地球磁场保护着我们免受太空中的有害辐射，并有助于让我们的星球家园上的生命成为可能。地球物理学家推测，内核可能形成于不到10亿年前，从地质时间尺度上看是相对年轻的。研究作者解释说，内核通过凝固来自液态外核的物质、释放热量并产生对流而向外生长。这种对流产生了地球磁场。
1936年由丹麦地震学家英厄·莱曼发现的内核占地球体积的不到1%（地球中心位于地表以下6371公里处）。然而，它在地表下的距离和较小的体积使得科学家们很难通过直接方法对其进行测量，所以他们转而研究地震引发的冲击波。
彭坦松说，当发生大地震时，所产生的冲击波或地震波会像乒乓球一样从地球的一侧到另一侧来回反弹。根据地球不同层密度、温度和成分的不同，地震波以不同的速度穿过各层。就像放射科医生研究病人的内脏器官一样，世界各地的科学家们用地震仪来测量这些振动并了解地球的内部运作。
20年前，研究人员利用地震仪数据提出了第五层的存在。彭坦松说，从那时起，最内层内核存在的证据“就随着时间推移和越来越多的数据而得到加强”。但他的新研究更进了一步，分析了前所未有的地震仪数据。
“这项研究的突破在于我们找到了一种对地球内核中心进行调查的新方法”，彭坦松说，该团队有更多证据证明“最内层的内核确实存在”。
在这项新研究中，研究小组观察到几次穿过地球直径中心的地震——有时多达五次——这是研究人员“在地震学史上”没有记录过的。彭坦松说，以前的研究只记录了一次这样的反弹。他们发现，地震波以不同方向穿过最内层内核时的速度是不同的，而且有别于穿过外层内核的情况。
具体来说，穿过最内层内核的波以相对赤道面呈斜角的方向时速度最慢。同时，穿过外层内核的波沿赤道平面的方向时速度最慢。
彭坦松说，波的速度可能根据波的方向而有所不同，这是由于一种被称为各向异性的物理特性，它使得材料在不同方向上具有不同的特性。我们在木材上可以看到这种各向异性的体现，比如顺着它的纹理比逆着更容易砍伐。
探索宜居行星
彭坦松说，这个最内核的独特之处是微妙的，不像其他层那么鲜明。例如，如果你从地幔旅行到外核，你会从大部分的固体进入液体，并经历不同的化学成分。但如果你从内核到最内核，你会看到晶体结构的转变，但成分仍然是相同的铁镍合金。
未参与这项研究的罗切斯特大学地球物理学教授约翰·塔尔杜诺表示，关于最内核的想法之前已经有人提出过，但这一新数据大大加强了“实际上确实存在一个结构与最外层内核不同的最内层内核”的可能性。
“这个最内层内核的存在让我们思考它是如何形成的。”塔尔杜诺说。上述研究的作者认为，最内层内核的形成可能是刺激了地球内核变化的“过去发生的地球重大事件”的证据。
而同样进行内核形成研究的塔尔杜诺有自己的想法。他的研究表明，这个最内层内核的形成可能与数亿年前板块构造的变化有关。他假设，厚重老化的海洋地壳板块会一直下沉，直到堆积在地幔底部，影响热量从地核流出的方式。这随后改变了内核的生长方式。
塔尔杜诺说，这个“新的分析令人兴奋，因为它支持了”自己的板块构造机制理论。“我们能够在这个最内层的内核中看到的实际上是板块构造体系发生变化的信号。”塔尔杜诺说。他去年发表了这一研究结果。
塔尔杜诺和彭坦松都表示，了解内核层的起源可以帮助我们更多地了解磁场是如何形成的，进而了解生命如何在地球和其他行星上生存。
“内核的形成对于创造一个长期宜居的行星极为重要，因为内核为磁场提供动力，从而维持磁屏蔽，”塔尔杜诺说，“否则，我们将逐渐失去地球上的水。”
他表示，更多地了解内核“反过来也能够帮助我们更多地了解其他行星是否可能宜居”。
发表评论