地球内核像洋葱一样分层吗？
一项新研究指出，地球的内核可能并非均匀一体，而是像洋葱一样具有分层结构。科学家认为，内核中铁合金的成分会随着深度变化，主要是硅和碳的含量不同。这种分层解释了为什么地震波在穿过内核时，其传播速度和方向会出现奇怪的差异，从而揭示了地球核心更为复杂的物理特性。
一个地心深处的谜团
长期以来，研究人员对地震波在地球内核中的奇怪行为感到困惑。地球内核始于我们脚下约 5150 公里深处，地震声波在这里的表现与预期不符。
- 速度差异： 当地震波的传播方向与地球自转轴平行时，其速度比在赤道平面上传播时快 3% 到 4%。
- 深度效应： 这种波速行为的偏差，即所谓的“各向异性”（anisotropy），随着地震波向内核更深处传播而变得更加极端。
一种主流假说认为，当声波遇到地核中有序排列的铁合金晶体时，会使构成地核的物质发生变形，从而导致了这种现象。
实验室里的地球核心
为了验证这一假说，科学家们尝试在实验室中模拟地球核心的极端环境。他们首先确定了内核的可能成分。尽管地核主要由铁和少量镍构成，但其密度表明还存在一些较轻的元素。
实验最终选择了铁、硅和碳的混合物作为模拟材料。
研究团队使用一种名为“极端条件科学光束线”的专业设备，将合金样品夹在两颗钻石砧之间，将其加热到约 815 摄氏度，并施加相当于大气压一百万倍的压力。
通过分析实验后材料的衍射图谱，科学家可以推断出这些铁-硅-碳合金的塑性特性，例如它们的屈服强度和粘度，以了解它们变形的难易程度。
“洋葱”般的内核：分层结构是关键
通过对比地震波在受压样品和纯铁中传播的模型，研究团队发现，波速的异常行为可以用地核物质的成分梯度来解释。
换言之，地球内核并非一个成分均匀的铁球。
- 成分变化： 随着深度增加，铁的比例被认为会增加，而硅和碳的含量则相应变化。
- 形成分层： 这就形成了一层层具有不同物理性质的结构，如同洋葱一般。
最终，科学家得出结论，正是地球内核中这种由铁、硅和碳合金构成的分层结构，导致了困扰学界数十年的地震波各向异性现象。这再次证明，我们的星球在历经超过 45 亿年后，仍在不断揭示其惊人的复杂性。