地核温度可能远低于科学家此前的认知
地核温度可能远低于科学家此前的认知
7月17日，在国际地球化学学会和欧洲地球化学协会联合主办的哥德斯密特大会上公布的一项新研究，利用在极端压力下测量熔融铁温度的新技术，发现地核的温度可能比此前认为的低1000摄氏度。这或许有助于解决一个长期存在的谜题——在驱动当今磁场的固态内核形成前，地球磁场是如何存在了数十亿年之久的。
“我们发现的温度比其他人得出的结果都低得多，估计要让其他人信服得花些功夫。”领导该研究的美国卡内基科学研究所的研究员Michael Walter说。
地核大小与火星相当，主要由铁组成。从结构上看，它由一个熔融态的外核包裹着月球大小的固态内核。地球磁场由外核中液态铁的搅动所产生，并已存在了至少40亿年。如今，驱动这个地磁“发电机”的能量主要来自内核的缓慢凝固。该过程向其上方的液态金属释放热量和上浮的轻元素。但一些关于地球冷却史的模型表明，内核大约在5亿多年前才开始形成，这便引发了所谓的“新地核悖论”，即在内核出现前的35亿年间，是什么让“发电机”持续运转？
答案取决于地球深处的环境。由于内核是固态的，表明该环境的温度不足以使它在所承受的巨大压力下熔化。因此，测定铁在类似地核压力下的熔点，是估算地核温度的最佳方法之一。而许多估算结果认为该温度超过6000开尔文。
Walter和同事花了5年多的时间，设计出一种进行此项测量的新方法。与过往实验类似，他们利用金刚石压砧（利用两片金刚石对顶挤压产生高压的实验装置），将微小的铁样品加压至接近200万个大气压，相当于地球外核的压力。但他们没有使用激光加热铁，而是以微秒间隔施加电脉冲，从而获得了更好的控制性。此外，他们并未寻找铁熔化的迹象，而是寻找一个关键的温度停滞点。当外加能量使铁熔化而非使其升温度时，就会出现这种温度停滞。
研究团队发现，在内核边界压力下，纯铁的熔点应在4420至5220开尔文之间，比先前的估算低1000多摄氏度。Walter说，大部分的不确定性源于将外核压力下的测量结果外推至内核边界。在对混合在地核中的轻元素进行修正后，估算温度进一步降低，中心估计值为4284开尔文。
随后，研究人员将这些较低的熔化温度，连同他们对铁在该压力下导热能力的估值，输入了地球热演化模型。Walter说，他们发现，仅靠地核的冷却，就可为地球历史大部分时期的磁“发电机”提供动力，直至5亿多年前内核开始结为固态。“我们的数据使得仅靠热力驱动地磁‘发电机’变得更容易成立。”
更低的温度还有另一层意义。地核与地幔之间的边界的温度也比此前认为的要低。Walter说，这将导致该部位的岩石更难熔化，从而可能挑战了一些理论，比如那些位于地核顶部、由异常缓慢穿过地球深部的地震波所识别出的巨型团块是由熔融岩石构成的这一理论。
英国伦敦大学学院的矿物物理学家Dario Alfe曾帮助确立了较高的地核温度。他表示，新的测量结果将重新点燃一场许多研究人员认为已基本尘埃落定的辩论。