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地球內部發現神秘地層,可能揭示宇宙行星水資源謎題
2023/11/25

地球內部有一個神秘的層,它是由水滲入地球核心并與金屬發生反應而形成的。這個層中不斷有結晶產生,這些結晶可能被輸送到地幔,影響了地球的演化歷史。這一驚人的發現是由一些地質學家在實驗室中模擬地核的高壓環境后得出的,它可能改變了我們對地球內部結構的認識。接下來,我們將為您詳細介紹這項研究的背景、方法和意義。

我們都知道,地球是由四層構成的:地殼、地幔、外核和內核。地殼是地球的最外層,覆蓋著海洋和陸地。地幔是地球最厚的一層,由富含鐵和鎂的硅酸鹽巖石組成。外核是一個環繞著固體內核的液態金屬的漩渦海洋,主要由鐵和鎳元素組成。內核是地球的核心部分,也是最熱的部分,溫度高達5700攝氏度,與太陽表面相近。

但是,地球內部的結構并不是那麼簡單。

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在20世紀90年代,地質學家發現了一個薄層環繞在地球外核周圍,這個層被稱為E-prime層,或E’層,厚度超過60英里(100公里),相對于地球內部的其他部分而言相對較薄,并位于地球表面以下1,800英里(2,900公里)的深處。這個層的存在一直是一個謎,科學家提出了各種各樣的假設來解釋它的形成,但都沒有得到廣泛接受。

在一項于11月13日發表在《自然·地球科學》雜志上的新研究中,研究人員發現E’層可能是由從地球表面通過俯沖或下沉的構造板滲漏下來的水所造成的,然后與外核金屬表面發生反應。這一過程可能產生了大量的硅晶體作為副產品,這些晶體已經被輸送到地幔,從而改變了地幔的化學成分和物理性質。

為了驗證這一假設,研究人員進行了一系列實驗室實驗,以復制水在強烈壓力下與外核如何發生反應。他們使用了一種特殊的裝置,可以在高溫和高壓下壓縮和加熱水和金屬樣品,然后使用X射線和聲波來檢測樣品的變化。他們發現,水中的氫替代了液態金屬中的硅,這迫使硅以晶體形式從金屬中排出。

這些硅晶體的形狀和大小與地震波在E’層中觀測到的變化相一致,這表明E’層可能是一個富含氫而硅貧的外核層,這與先前對其成分的假設相悖。

研究人員認為,E’層可能花費了超過10億年的時間來達到其當前的厚度,這意味著它可能比在10億年前凝固的內核更古老。這一新發現是我們目前對外核和地幔如何相互作用的理解可能不完整的又一跡象。在2022年9月,同一研究團隊發現,漏水可能正在與外核中的大型碳儲層發生反應,從而在核幔邊界附近創建巨大的金剛石工廠。

「多年來,人們一直認為地球核心和地幔之間的物質交換很小,」研究合著者、亞利桑那州立大學的地球科學家丹·希姆在一份聲明中說。但這些發現 「指向一個更為動態的核心和地幔相互作用,表明存在大量的物質交換。

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這些物質交換可能對地球的演化歷史有重要的影響,因為它們可能改變了地幔的溫度、密度和流動性,從而影響了板塊構造、火山活動和地磁場的形成。這些現象都是影響地球表面環境和生命的關鍵因素。因此,了解地球內部的結構和過程,對于揭示地球的起源和未來,具有重要的意義。

這項研究也為探索其他行星的內部結構提供了新的思路,因為水可能不僅存在于地球上,而且也存在于其他行星或衛星上,例如火星、木星的衛星歐羅巴和土星的衛星泰坦。如果水能夠滲透到這些天體的核心,并與金屬發生反應,那麼它們可能也有類似于E’層的結構,這可能對它們的磁場和地質活動有影響。

這項研究揭示了地球內部有一個神秘的層,它是由水滲入地球核心并與金屬發生反應而形成的。這個層中不斷有結晶產生,這些結晶可能被輸送到地幔,影響了地球的演化歷史。這一發現可能改變了我們對地球內部結構的認識,也為探索其他行星的內部結構提供了新的思路。

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