在凡爾納的《地心游記》中，一位科學(xué)家同侄子和向?qū)Ы?jīng)歷了一次穿越地心的奇妙旅行。一直以來，人們對(duì)地球深處充滿了好奇。在我們腳底下厚實(shí)的巖層下面，究竟隱藏著怎樣的“地心奧秘”？
由于人類迄今最深的鉆井也“只有”12千米，相比于地球接近6400千米的半徑實(shí)在是杯水車薪，因此我們顯然無法指望通過打洞來探測地球內(nèi)部。好在科學(xué)家有其他手段來了解地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，地震波就是非常重要的一種。
通過地震波在不同介質(zhì)中傳播速度的差異，上個(gè)世紀(jì)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了地球的圈層結(jié)構(gòu)，由外至內(nèi)分別是地殼、地幔和地核。其中，主要由鐵、鎳組成的地核又分為兩層：液態(tài)的外核，以及位于地球最中心、半徑約1200千米的固態(tài)內(nèi)核。
這個(gè)傳統(tǒng)的地球圈層結(jié)構(gòu)廣泛出現(xiàn)在教科書中，但最近，一項(xiàng)發(fā)表于《自然·通訊》期刊的研究向地核的結(jié)構(gòu)發(fā)起了挑戰(zhàn)。根據(jù)這項(xiàng)研究，在內(nèi)核中還有一個(gè)首次發(fā)現(xiàn)的“金屬球”——最內(nèi)內(nèi)核（innermost inner core）。
完成這項(xiàng)研究的是澳大利亞國立大學(xué)的兩位科學(xué)家。其中一位作者Thanh-Son Ph?m博士表示：“大約20年前，有人猜測在內(nèi)核中存在一個(gè)內(nèi)部的金屬球，也就是最內(nèi)內(nèi)核?，F(xiàn)在，我們?yōu)檫@個(gè)假說提供了新的證據(jù)?！?/div>
盡管已經(jīng)有假說猜想內(nèi)核還可以進(jìn)一步劃分為不同結(jié)構(gòu)，但此前的地震波監(jiān)測從未找到直接證據(jù)。一個(gè)重要原因是，監(jiān)測工具的靈敏度有限，無法探測到足夠高分辨率的信號(hào)。
在最新研究中，作者運(yùn)用多個(gè)地震儀監(jiān)測地震波在穿越內(nèi)核的鐵鎳實(shí)心球時(shí)的改變。為了獲得更清晰的信號(hào)，研究團(tuán)隊(duì)的策略是讓地震波信號(hào)像“打乒乓球”一樣來回反彈。當(dāng)?shù)卣鸩ù┩傅睾?、到達(dá)地球的另一頭之后，再反向傳播。如此往復(fù)，最終可以得到沿地球直徑傳播5次的地震波，它們從不同角度探測地球中心附近。
由于地震波在傳遞過程中不斷衰減，研究團(tuán)隊(duì)將來自同一次地震的波形堆疊，從而構(gòu)建出地球內(nèi)核更為詳細(xì)的圖景。相比于以往只有一次“反彈”的監(jiān)測方式，這項(xiàng)新研究可以捕捉到更多細(xì)節(jié)。
運(yùn)用這一策略，作者對(duì)全球約200次6級(jí)及以上的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。通過分析不同地震事件中地震波傳播時(shí)間的變化，研究團(tuán)隊(duì)推斷，內(nèi)核中心區(qū)域的結(jié)晶結(jié)構(gòu)與外層不同，在地球最中心的地方有一個(gè)半徑約650千米的“金屬球”。只有這樣，才能解釋地震波在穿透最內(nèi)層時(shí)，波速隨著進(jìn)入的角度而改變的現(xiàn)象。
“這意味著內(nèi)核的主要成分——鐵，在最內(nèi)內(nèi)核與外層的晶體結(jié)構(gòu)很可能不同?！?領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的Hrvoje Tkal?i?教授表示。
▲地震波傳播機(jī)制示意圖（圖片來源：參考資料[1]）
Tkal?i?教授介紹道，對(duì)地球內(nèi)核深處的研究可以幫助我們理解地球的歷史與演化：“內(nèi)核就像是地球演化歷程的時(shí)間膠囊。它是一份化石記錄，是走進(jìn)地球歷史事件的入口?！?nbsp;
目前，關(guān)于這個(gè)全新的內(nèi)層結(jié)構(gòu)，還有太多未解之謎。這個(gè)中心圈層的詳細(xì)成分是什么，它又是在地球演化的哪個(gè)階段，因?yàn)槭裁催^程形成的？這些問題都需要進(jìn)一步的研究來解決。
值得一提的是，這還不是上周關(guān)于地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的唯一重磅發(fā)現(xiàn)。就在《自然》雜志的一項(xiàng)研究中，芝加哥大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在地幔中可能存在一層環(huán)繞地球的流體巖石，為地幔流動(dòng)的機(jī)制提出了新的觀點(diǎn)?？磥恚覀儗?duì)這顆星球的認(rèn)識(shí)還遠(yuǎn)沒有抵達(dá)終點(diǎn)。
參考資料：
[2] Bouncing seismic waves reveal distinct layer in Earth's inner core. Retrieved February 21, 2023 from https://www.eurekalert.org/news-releases/980308
