地球固态内核的年龄介于10亿到13亿年之间

来源:科技日报时间:2020-08-31 15:59:02
地球固态内核仅十几亿岁

有助科学家进一步了解地球磁场

科技日报北京8月30日电 (记者刘霞)四川大学地球物理研究室与北京高压科学研究中心及美国科学家携手,重新对地球固态内核的年龄进行估计,测算出其年龄介于10亿到13亿年之间。最新研究发表于《物理评论快报》杂志。

团队历时两年,通过将激光加热的铁样品在两个金刚石砧之间挤压从而创造出类似于地球核心的环境,研究人员表示,这一年龄位于此前13亿至45亿年估计年龄谱的较小端;但又比最近一项仅5.65亿岁的估计大一些。更重要的是,最新研究有助于科学家确定地核的热流量,以及为“地球发电机”提供动力的能量来源。

研究者四川大学张友君副教授解释称,地球的核心主要由铁构成,分为固态内核和液态外核。高温的铁地核通过热传导向地幔中传递热量,因此地核的热导率是确定地核许多属性包括内地核如何形成以及“地球发电机”如何驱动的关键。“地球发动机”则是指带电的富铁液态外核的运动产生了地球磁场。

张友君说:“外核液态金属流动,温度和压力差异产生电流,再加上地球旋转,可制造大规模的‘发电机效应’。地球发电机是维持地球磁场的机制,而地球磁场能保持指南针的指向,并保护生命免受有害宇宙射线的侵害。”

新测得铁在地核环境下的热导率低于最近研究估值的30%至50%,但这足以改变科学家们对地球年龄和地球发电机的认识。研究表明地球发电机主要包括热对流和成分对流这两种不同的能量来源和机制维持。在地球初期,地球发电机仅靠热对流维持;在地球内核形成至今,这两种机制共同作用并且同样重要。

“本研究在实验和理论上共同确定了地核主要成分铁在地核环境下的电热输运性质,解决了近20年来关于地核热传导性质的争议”,张友君如此强调。

研究合作者、德克萨斯大学奥斯汀分校的林俊孚教授说:“地球在太阳系中独一无二,因为它拥有磁场并宜居,我们的结果有助于科学家厘清为什么太阳系内其他行星没有磁场。”

研究人员表示,由于地核中除了主要组成成分铁外,还有约10%的轻元素,接下来他们计划进一步确定这些轻元素会对地核的热传导和地球发电机产生什么影响。随着对电热输运认识的改进,研究人员可以更精确地估计地球内核的年龄。

据悉,本研究得到了中国国家自然科学基金、美国自然科学基金,以及四川大学双一流高校建设的资助。

总编辑圈点

地球目前是人类在宇宙中的唯一家园,我们对她足够了解吗?未必。以这项研究为例,不同研究得出的地球固态内核年龄不同,说明该问题在科学家之间仍存在一定争议。类似的深层次科学问题还有很多,有的没有答案,有的只是假说,有的仍无定论。所以,当人类探索足迹不断迈向宇宙深处的同时,我们也需要更多地关注地球深处,探索藏在我们脚下的科学奥秘。

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