科學前沿觀天下 篤學明理洞寰宇
為了研究地球核心處的結構形態，科學家們通過地震波與地質模型得到了地球核心處物質的類型和狀態。在最近的研究中，研究人員意外發現目前地核內的物質正在源源不斷的洩露。地核深處，大量的液態熔融金屬物質洩露會對地球造成什麼影響？會對人類的生活造成幹擾嗎？這究竟是福是禍？
研究地質結構最原始的方法是打洞。目的地球上最深的洞是科拉超深鑽孔，深度達12300米（上部直徑92cm），可以裝下一個半珠穆朗瑪峰。然而，欲想探知地球核心，需要鑽一個超過3000公裡的超級洞穴，顯然即便以目前的科技水平還遠遠不能達到。因此，通過鑽洞來了解地核並不現實，這就是為什麼我們對地核的了解少之又少的原因。
人類是如何知道地球構成的？答案是通過地震波和密度分析。在最近的一項研究中，科學家發現地球內部的熔融核正在不斷地向外洩露熔融金屬。地核內液態鐵鎳核心與巖石地幔之間的邊界位於地球表面以下約2900公裡處。在這個過渡層中，從高溫的地核到溫度較低的地幔溫度驟降1000℃。
這項研究表明，在向外洩露的「鐵水」中雖都是鐵，但內含不同的同位素，因原子內部中子數量的不同而造成質量的差異。其中，重鐵向低溫區遷移最後滲入地幔，而質量較輕的鐵則繼續向地幔與地核交界處以下回流，循環回到地心。這種效應將導致地和內部鐵鎳等熔融金屬越來越少，質量也變輕，而接近地表的地幔中則富集重鐵。
加州大學的地質學教授表示，假如這項研究結果沒有很大的偏差，那麼它將有助於促進我們對地核與地幔之間相互作用的理解。了解地幔邊界處發生的一些物理過程對於解釋深地幔的地震圖像有著重要作用。除此以外，對於地球內部與表面間的化學和熱傳遞過程的建模具有極大的幫助。
眾所周知，地磁場的存在正是依賴於地核內部的鐵鎳等金屬物質，如今地核的洩露是否會造成地磁場出現波動與幹擾？研究人員表示，根據目前的結果尚不足以對地磁場的影響進行判斷。為了解釋地幔中鐵的重量比隕石中鐵的比重要大，研究人員將鐵置於高溫高壓的環境中，並且觀察鐵在不同溫度區域之間的流動形態。
研究組長表示，假如結果是正確的的，將說明鐵滲入地幔已經有數十億年歷史了，或許地球壽命也與地核內部物質的損失有關。計算機模擬顯示，這種材料可以和地幔柱混合併且利用地幔柱不斷地向上運輸，所以這種重鐵材料是可以達到地面的。此前，就有研究顯示地核已經洩露了25億年，在過去的25億年裡，地幔中的鎢同位素發生了翻天覆地的變化，至於為何，至今還沒有準確答案。
責編/朱張航宇
參考文獻：Charles E. Lesher et al, Iron isotope fractionation at the core–mantle boundary by thermodiffusion, Nature Geoscience (2020).