解开地核之谜
地震、火山喷发、构造板块移动——这些都是我们星球还活着的迹象。 但地球深处揭示的信息让外行人和科学家都感到惊讶：在地球表面以下近 3000 公里处，固体岩石正在流动，既不是液体，也不像熔岩，也不是像固体岩石那样脆。 苏黎世联邦理工学院实验矿物物理学教授 Motohiko Murakami 领导的地球科学家的一项新研究证明了这一点。 该研究刚刚发表在journalCommunications 地球与环境。 半个世纪的猜测 50 多年来，研究人员一直在探索地球深处的一个奇怪区域——所谓的 D“层，位于我们脚下约 2700 公里处。 地震波在那里突然表现得不同：它们的速度跳跃，就好像它们正在穿过不同的材料一样。 很长一段时间以来，地幔的那一层究竟发生了什么，一直不清楚，直到现在。 2004 年，一直自 2017 年以来担任苏黎世联邦理工学院教授的科学家发现，钙钛矿是地球下地幔的主要矿物，在极端压力和极高温度下，在 D“ 层附近转化为一种新的矿物——所谓的”后钙钛矿”。 研究人员假设这种变化解释了地震波的奇怪加速。 但这并不是故事的全部。 2007 年，Murakami 及其同事发现了新的证据，表明仅靠钙钛矿的相变不足以加速地震波。 使用复杂的计算机模型，他们终于发现了一些重要的事情：根据钙钛矿后晶体指向的方向，矿物的硬度会发生变化。 只有当模型中矿物的所有晶体都指向同一方向时，地震波才会加速——正如在 2700 公里深度的 D“ 层中观察到的那样。 在苏黎世联邦理工学院的一个不同寻常的实验室实验中，村上隆现在已经证明了这一点后钙钛矿晶体在巨大的压力和极端温度下沿相同的方向排列。 为此，研究人员在他们的实验中测量了地震波的速度，并且还能够在实验室中重现发生在 D“ 层的跳跃。 “我们终于找到了拼图的最后一块，”村上隆说。 地幔流对齐晶体 最大的问题是：是什么让这些晶体排列在一起？ 答案是那块坚实的地幔岩石沿地幔的下缘水平流动。 研究人员长期以来一直怀疑这种运动——一种像沸水一样的对流——必须存在，但从未能够直接证明。 地球研究的新篇章开始 Murakami 和他的同事现在也通过实验证明，固体岩石的地幔对流存在于地核和地幔之间的边界，即 那块固体 - 不是液体 - 岩石流得很慢，但稳定在这个深度。 “这一发现不仅解开了 D”层的谜团，还打开了一扇了解地球深处动力学的窗户，“村上隆解释说。 这不仅是一个里程碑，也是一个转折点。 固体岩石流动的假设已经从理论转变为确定性。 “我们的发现表明，地球不仅在表面活跃，而且在内部深处也在运动，”这位 ETH 教授说。 有了这些知识，研究人员可以现在开始绘制地球最深处内部的洋流，从而可视化驱动火山、构造板块甚至地球磁场的无形电机。