地球固態內核僅十幾億歲 有助科學家進一步了解地球磁場

四川大學地球物理研究室與北京高壓科學研究中心及美國科學家攜手,重新對地球固態內核的年齡進行估計,測算出其年齡介於10億到13億年之間。最新研究發表於《物理評論快報》雜志。

團隊歷時兩年,通過將激光加熱的鐵樣品在兩個金剛石砧之間擠壓從而創造出類似於地球核心的環境,研究人員表示,這一年齡位於此前13億至45億年估計年齡譜的較小端;但又比最近一項僅5.65億歲的估計大一些。更重要的是,最新研究有助於科學家確定地核的熱流量,以及為「地球發電機」提供動力的能量來源。

地球固態內核僅十幾億歲 有助科學家進一步了解地球磁場

研究者四川大學張友君副教授解釋稱,地球的核心主要由鐵構成,分為固態內核和液態外核。高溫的鐵地核通過熱傳導向地幔中傳遞熱量,因此地核的熱導率是確定地核許多屬性包括內地核如何形成以及「地球發電機」如何驅動的關鍵。「地球發動機」則是指帶電的富鐵液態外核的運動產生了地球磁場。

張友君說:「外核液態金屬流動,溫度和壓力差異產生電流,再加上地球旋轉,可製造大規模的『發電機效應』。地球發電機是維持地球磁場的機制,而地球磁場能保持指南針的指向,並保護生命免受有害宇宙射線的侵害。」

新測得鐵在地核環境下的熱導率低於最近研究估值的30%至50%,但這足以改變科學家們對地球年齡和地球發電機的認識。研究表明地球發電機主要包括熱對流和成分對流這兩種不同的能量來源和機制維持。在地球初期,地球發電機僅靠熱對流維持;在地球內核形成至今,這兩種機制共同作用並且同樣重要。

「本研究在實驗和理論上共同確定了地核主要成分鐵在地核環境下的電熱輸運性質,解決了近20年來關於地核熱傳導性質的爭議」,張友君如此強調。

研究合作者、德克薩斯大學奧斯汀分校的林俊孚教授說:「地球在太陽系中獨一無二,因為它擁有磁場並宜居,我們的結果有助於科學家釐清為什麼太陽系內其他行星沒有磁場。」

研究人員表示,由於地核中除了主要組成成分鐵外,還有約10%的輕元素,接下來他們計劃進一步確定這些輕元素會對地核的熱傳導和地球發電機產生什麼影響。隨着對電熱輸運認識的改進,研究人員可以更精確地估計地球內核的年齡。

據悉,本研究得到了中國國家自然科學基金、美國自然科學基金,以及四川大學雙一流高校建設的資助。

總編輯圈點

地球目前是人類在宇宙中的唯一家園,我們對她足夠了解嗎?未必。以這項研究為例,不同研究得出的地球固態內核年齡不同,說明該問題在科學家之間仍存在一定爭議。類似的深層次科學問題還有很多,有的沒有答案,有的只是假說,有的仍無定論。所以,當人類探索足跡不斷邁向宇宙深處的同時,我們也需要更多地關注地球深處,探索藏在我們腳下的科學奧秘。

來源:cnBeta