地核埋在地表以下3000公裡處,延伸至地表下方6400公裡處。地核中的大部分物質由鐵組成,其中一些是鎳。我們對地核了解很少,因為地核太深,溫度高達幾千度,人類現在無法進去探索。
最近的一項研究表明,熱核心並不「孤獨」;它與其他層混合。這項研究發現,一些地球最深處的物質洩漏到地幔柱中,其中一些最終到達地球表面。
我們知道地球不僅僅是我們看的由大陸和海洋組成的表面,事實上,地球有一個結構,分別是地殼、地幔和地核,海洋地殼比大陸地殼薄得多。地幔底部有一股暖流,那裡的溫度相當高,不僅僅是100攝氏度,實際上是幾千攝氏度,所以幾乎都是巖漿。從地殼到達地核,溫度還將上升,深度增加一公裡,溫度將上升30攝氏度。
地質學家認為,這一發現可能有助於解決一個爭論了幾十年的地質問題:地核和地幔是否交換了物質。事實證明,在過去的25億年裡,地核一直在向地幔洩漏物質。
研究地核並不容易,因為它始於地下3000公裡處。人類為科學探索而挖的最深的洞是科拉超深鑽孔,深度只有12.3公裡,它還沒有挖過地殼到達地幔。
儘管科學家們不能挖掘到地核中,但是元素周期表中的74號元素—鎢告訴我們裡面發生了什麼。鎢是一種親鐵元素,可以與鐵共生。因此,地核中有一些鎢也就不足為奇了,因為地核主要是鐵構成。
在自然界中,鎢有五種同位素(同一元素的原子核包含不同數量的中子),包括鎢-182(108個中子)和鎢-184(110個中子)。研究人員意識到這些同位素可以幫助他們解決地核洩漏問題。
另一種元素鉿(Hf)是親石元素,這意味著它可以與巖石共存,並且可以在地球上富含矽酸鹽的地幔中找到。鉿的放射性同位素鉿-182的半衰期為890萬年,可衰變為鎢-182。科學家推斷,這意味著地幔應該比內核含有更多的鎢-182。
由於玄武巖來自地幔柱,根據洋島玄武巖中鎢-182/鎢-184的比值,可以檢測到地核與地幔柱之間的化學交換。然而,鎢的差異如此之小,以至於地幔和地核中的鎢-182的組成預計只有百萬分之200左右的差異,這是世界上只有少數實驗室能做的分析。
結果表明,在地球演化過程中,地幔中鎢-182和鎢-184的比值發生了很大變化。地球上最古老的巖石中鎢-182和鎢-184的比例比大多數現代巖石高,這意味著鎢從地核洩漏到地幔需要很長一段時間。
地球形成於大約45億年前,但是地球最古老地幔巖石中鎢的同位素沒有顯著變化。這表明從43億年前到27億年前,地核和上地幔之間幾乎沒有物質交換。
但是在過去的25億年裡,地幔中的鎢同位素組成發生了巨大的變化。為什麼?
地質學家表示,如果地幔柱從地核-地幔邊界升起,它可能就像蹺蹺板,地球表面的物質會深入地幔。表面材料含有氧元素,氧會影響鎢。地球深處氧氣濃度的上升會迫使鎢從地核進入地幔。