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地球的內(nèi)部就像是一顆洋蔥，可以分為不同的層。地球的最外面是一層薄而寒冷的巖石外殼，它包裹著一層厚約2900千米的熱巖地幔。地球的核心由兩部分組成，一部分是由液態(tài)的鐵和鎳構成的外核，還有一部分是由固態(tài)的鐵和鎳構成的內(nèi)核。

隨著時間的推移，地球溫度下降，液態(tài)的外核逐漸凍結(jié)、凝固，生長成新的內(nèi)核。如今，固態(tài)的鐵鎳內(nèi)核半徑已達到1200千米。最近，加州大學伯克利分校的一組研究人員發(fā)現(xiàn)，由于某種未知的原因，自地球的鐵鎳內(nèi)核從熔融狀態(tài)凍結(jié)成固態(tài)這一過程開始，固體內(nèi)核的一側(cè)就比另一側(cè)增長得更快。新的結(jié)果發(fā)表在了近期的《自然-地球科學》雜志上。

大約在30多年前，有研究發(fā)現(xiàn)地震波從北到南的傳播速度比從東到西更快。然而，沒有人知道這是為什么。在一項新研究中，為了解釋這種現(xiàn)象，研究人員創(chuàng)建了一個基于地球動力學和高溫高壓下的礦物物理學的計算機模型。他們用這個模型來模擬鐵晶體在地核的不同增長模式，以此來模擬不同的地核。

通過調(diào)整模型里的一些參數(shù)來擬合地震儀所記錄的數(shù)據(jù)，他們發(fā)現(xiàn)，唯一可以解釋這種困擾了科學家30多年的現(xiàn)象的，是一個不對稱增長的內(nèi)核模型——當他們將地球的內(nèi)核模型調(diào)整為東側(cè)增長的比西側(cè)快大約60%時，得到的數(shù)據(jù)與地震儀所記錄的數(shù)據(jù)最為吻合。

一直以來，科學家認為在重力的作用下，隨著熔融鐵的冷卻而形成的固態(tài)鐵晶體會均勻地分布，使得地球的內(nèi)核保持為一個半徑平均每年增長約1毫米的球形。但新的模擬結(jié)果意味著在地球的內(nèi)核中，鐵的凝結(jié)是有“偏向性”的，它在東側(cè)凝結(jié)得比西側(cè)更多，而非像科學家之前所預期的那樣隨機、均勻分布。

鐵的凝結(jié)為何會優(yōu)先地朝著一個方向？研究人員認為，隨著鐵晶體的生長，重力會將內(nèi)核中多余的生長從東側(cè)向西側(cè)重新分配。這種在相對柔軟的內(nèi)核中發(fā)生的晶體移動，會使晶格沿地球的旋轉(zhuǎn)軸向西排列的程度大于向東排列的程度。

這種不對稱增長還與另一個重要的問題息息相關，那就是地球磁場。在外核和地幔中，都有對流發(fā)生。鐵在內(nèi)核的凝固過程會釋放熱量，這能造成外核的緩慢沸騰；而在地幔中，隨著較熱的巖石向上移動，熱量被從地球核心帶到地表。液態(tài)的鐵外核中所發(fā)生的劇烈沸騰，導致了地球磁場的產(chǎn)生。

如果地球內(nèi)核的增長是不對稱的，那么保護了地球免受來自太陽的危險粒子的傷害的地球磁場就會受到影響，這又進一步意味著這種不對稱增長對于地球上的生命史也有著重要意義。

在新的研究中，研究人員根據(jù)內(nèi)核的熱量流失方式和溫度，計算出了地球內(nèi)核的年齡范圍——在5億年到15億年之間。關于內(nèi)核年齡的爭論已經(jīng)持續(xù)了很長時間，因為它涉及到這樣一個問題，即地球磁場是如何在固體內(nèi)核存在之前就已經(jīng)存在了？

與已知存在了30億年的地球磁場相比，內(nèi)核是非?！澳贻p”的。如果內(nèi)核最多只存在了15億年，那么更古老的磁場從何而來？這是否意味著那時候必然有其他過程推動了外核的對流？研究人員認為，較為年輕的內(nèi)核年齡可能意味著在地球的早期歷史中，讓液態(tài)地核沸騰的熱量并非來自于鐵的凝結(jié)，而是來自于其他輕元素從鐵中分離。

新的地核生長模型除了給我們帶來了關于內(nèi)核年齡的信息之外，也同時為地球中心鎳和鐵的比例給出了范圍。結(jié)果表明，當鎳占到內(nèi)核的4%到8%時，模擬結(jié)果可以準確地再現(xiàn)地震觀測結(jié)果。這是接近金屬隕石的比例，而這些金屬隕石曾經(jīng)可能是太陽系中的矮行星的內(nèi)核。該模型還能告訴地質(zhì)學家地核的黏度，或者說其流體程度。

雖然對于究竟是什么原因造成了這種不對稱內(nèi)核，還尚無定論，但研究人員認為，這種不對稱的增長是由某種未知的力量使得地球的東側(cè)比西側(cè)冷卻得更快而造成的。一個可能的原因是東半球不斷增加的俯沖作用，帶走了地殼的寒冷部分，并將其置于地殼和地幔邊界附近。

接下來，研究人員計劃繼續(xù)探索內(nèi)核的增長將如何影響外核的流動，以此來揭開更多關于地球核心的秘密。