我們生活在地球的表面上，腳下是堅(jiān)硬的地殼，其主要成分為硅酸鹽巖石。雖然人類有能力攀登世界最高的山峰，到達(dá)海洋的最深處，并且還能飛上天空，甚至沖出地球大氣層，去過(guò)月球表面，但我們就是沒(méi)有辦法深入地球表面下方，去直接探測(cè)神秘的地心。
目前，人類挖到最深的地方為OP-11油井，其深度為12376米，不到13公里。相比之下，地球半徑大約6371公里。地心遠(yuǎn)在地下深處，我們現(xiàn)在觸及到的只是地球的皮毛。
雖然沒(méi)有任何設(shè)備能夠進(jìn)入地心進(jìn)行探測(cè)，但科學(xué)家還是能夠大致知道地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，唯一可靠的方法就是地震波。當(dāng)?shù)卣鸩ù┻^(guò)地球的各個(gè)部分時(shí)，速度會(huì)隨之出現(xiàn)變化，它們可能會(huì)發(fā)生反射或折射，這取決于該層的礦物組成、密度以及溫度。
通過(guò)地震波，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要分為三層。最上層是地殼，厚度為5至70公里。中間層是地幔，厚度可達(dá)2890公里，這一層可以進(jìn)一步分為上地幔和下地幔。最內(nèi)層為地核，厚度估計(jì)為3420公里。
由于地殼和地幔主要都是由硅酸鹽巖構(gòu)成，其平均密度約為3噸/立方米，而整個(gè)地球的平均密度為5.5噸/立方米，這意味著地核中存在大量密度很高的物質(zhì)。那么，地核中究竟是什么東西呢？
45億年前，太陽(yáng)從太陽(yáng)星云中誕生不久后，留下了一些“邊角料”。這些氣體和塵埃不斷聚集，最終通過(guò)引力結(jié)合成了小行星、矮行星、行星等大型天體，這其中就包括我們的地球。
在如今的太陽(yáng)系中，還剩下不少早期太陽(yáng)系殘留下的小行星。通過(guò)分析表明，這些小行星中富含鐵元素（密度為7.8噸/立方米）。由此可以推測(cè)，地球核心中的致密物質(zhì)主要為鐵。最初鐵元素分布在地球的各處，但由于它們的密度大，所以大部分都沉入到地核中。
事實(shí)上，鐵元素在宇宙中的分布非常廣泛。在大質(zhì)量恒星的最后階段，它們的核心區(qū)域會(huì)大量合成出鐵。另外，Ia型超新星爆發(fā)時(shí)也會(huì)制造出大量的鐵。在宇宙中，鐵是最豐富的金屬元素，其豐度在所有元素中位列第六，這使得像地球這樣的巖質(zhì)行星中存在豐富的鐵。
除了鐵之外，地核中還包含不少的鎳。地核的結(jié)構(gòu)可以分為兩層，上層是液態(tài)的外地核，厚度估計(jì)為2200公里，那里的溫度超過(guò)3700 ℃，鐵和鎳都熔化成液態(tài)金屬。
外地核的下方是固態(tài)的內(nèi)陸核，厚度估計(jì)為1220公里。雖然內(nèi)陸核的溫度更高，可以達(dá)到5500 ℃，但那里的壓力極高，相當(dāng)于地表大氣壓的360萬(wàn)倍，這使得鐵鎳合金的熔點(diǎn)變得非常高，反而不會(huì)熔化掉。
正是由于地核的特殊結(jié)構(gòu)，內(nèi)陸核與地球外部的自轉(zhuǎn)并不同步，通過(guò)電磁感應(yīng)可以形成電流，進(jìn)而誘發(fā)產(chǎn)生磁場(chǎng)。在強(qiáng)大地球磁場(chǎng)的庇護(hù)下，致命的宇宙射線不會(huì)大量直射到地表，包括人類在內(nèi)的生命才能在地球上繁衍生息。
對(duì)于隱藏在地下深處的地核，相關(guān)研究還在不斷深入。根據(jù)《地球物理學(xué)與行星內(nèi)部結(jié)構(gòu)》（Physics of the Earth and Planetary Interiors）雜志刊載的一項(xiàng)新研究[1]，科學(xué)家在地核中發(fā)現(xiàn)了一層新的結(jié)構(gòu)，深度為5100公里。
長(zhǎng)久以來(lái)，科學(xué)家認(rèn)為地球內(nèi)核是完全固態(tài)的，與其相鄰的液態(tài)外地核形成鮮明對(duì)比。但現(xiàn)在根據(jù)地震波的分析結(jié)果，在地球內(nèi)核頂部250公里的范圍內(nèi)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一層軟質(zhì)結(jié)構(gòu)，那里有糊狀的鐵鎳合金，目前還不清楚該結(jié)構(gòu)的作用。
此外，地核中還存在少量的其他元素，比如鎢，這是一種與鐵共生的親鐵元素。地幔中存在一種親石元素——鉿，鉿-182會(huì)衰變成鎢-182。由于鉿-182的半衰期很短，只有幾百萬(wàn)年，它們?cè)缍紤?yīng)該會(huì)完全衰變成鎢。
通過(guò)分析地幔和地核中的鎢同位素比例，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)地核中大量的鎢泄漏到地幔中。雖然科學(xué)家還不清楚這背后的確切原因，但分析顯示，這個(gè)泄漏過(guò)程早在27億年前就已經(jīng)開(kāi)始了。
地核產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)于地表生命的生存至關(guān)重要，沒(méi)有活躍的地核，也就不會(huì)有生機(jī)勃勃的世界，我們的近鄰火星就是一個(gè)例子?；鹦亲畛蹩赡苁且活w充滿液態(tài)水的宜居行星，但從40億年前開(kāi)始，內(nèi)核大幅降溫，最后導(dǎo)致內(nèi)核失去活性，磁場(chǎng)隨之消失，大氣層被太陽(yáng)風(fēng)剝離，液態(tài)水最后也不復(fù)存在，只留下一顆荒涼的紅色星球。
參考文獻(xiàn)
[1] Rhett Butler, Seiji Tsuboi, Antipodal seismic reflections upon shear wave velocity structures within Earth's inner core, Physics of the Earth and Planetary Interiors, 2021, DOI: 10.1016/j.pepi.2021.106802.
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