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电脑模拟显示地球内核熔化与冻结交替循环
时间:2016-05-24 21:12 来源:陕西煤田地质勘查研究院 阅读次数:正在统计中...
   新浪科技讯 北京时间5月24日消息,英格兰科学家通过电脑模拟发现,地球内核可能正在熔化。他们表示,地核的熔化或许的确与地表的活动有关,这一发现可能有助于解释地核是如何产生磁场的。
    地球的内核是一个直径大约有1500英里(2414公里)的固体铁球,体积同月球一样。包裹在这个球周围的外核主要由液态铁镍混合物组成,这是一个粘性很大的地幔层,再往上是形成地表的固体地壳。当地球彻底冷却时,熔融外核会慢慢被冻结。这导致它的固体内核以大约每年1毫米的速度增长。然而目前科学家发现,内核可能同时也在熔化。
    英格兰利兹大学的地震学家塞巴斯蒂安•罗斯特说:“大众观点认为,地球内核正在全面冻结,冻结范围正在日益增多,但事实上地核有些区域显然正在熔化。把热量从内核输送到地幔的网络,确保了外核的物质一直处于冻结和增长状态,但这并不是一个统一过程。”随着地球的内部变冷,相对较热和较冷的物质会在其内部混合在一起,这一过程被称作对流。物质在内核翻滚涌动,加上地球的自传,就产生了地球磁场。
    研究人员利用地震学数据,用电脑模拟外核的对流情况,发现外核和地幔交界处的热量对流主要取决于位于上面的地幔。有时地幔会迫使热量从这里从新返回地核,导致那个区域开始熔化。利兹大学的地球物理学家乔恩•蒙德说:“在特定时段,内核表面可能只有一小部分正在熔化。考虑到内核的体积,即使它表面只有1%发生熔化(这种情况确实有可能发生),体积也会只比20万平方公里少一点。”
    例如,当非洲和太平洋(地幔海拔最低的地方)下面的较大区域的温度高于平均温度时,这些地区下面的外核的温度可能就会变得过高,开始熔化内核。另一方面,位于环太平洋地震带周围的地震活跃区下面的温度较低的海洋板块残留物(被吸进地幔下方)会从地核里吸收很多热量,这有助于内核冻结。蒙德表示,该发现指出,“地核的整个动力体系与板块构造有一些关系,从地表进行观察,这种关系并不明显”。
    这个模型还能解释以前发现的地震异常区,这表明内核周围存在一层密度很大的液体。罗斯特说:“局部熔化理论或许还能解释其他地震观测结果,例如,为什么地震产生的地震波在一些地区比在另一些地区传播的更快。”蒙德说:“对科学家来说,地球磁场的起源至今仍是个谜。如果我们的模型得到证实,将有助于我们更好地了解内核是如何形成的,从而有助于我们了解内核是怎样产生磁场的。”
    这项工作目前还存在很多不确定因素。蒙德说:“我们不清楚有多少热量从内核传输出来,以及地幔底部的温度变化模式有多强。因此内核可能并不像我们归纳的那样正在熔化,并非所有模型都得出了地核正在熔化的结果。”他表示,另外,“现在存在的普遍问题是所有地核动力学电脑模型,实际上并不能捕捉到地球内部的真正动态,因为当前的电脑模拟还无法强大到可以在空间和瞬时分辨率上达到非常清晰的程度。模拟生成了大量我们在地核内部观测到的行为,但是我们并不清楚我们是否拥有正确的动力学。”
    蒙德表示,要想看一看地核是否正在熔化,“我们需要世界各地分布更多地震检波仪,尤其是在海洋里,目前在海洋安装地震检波仪存在技术障碍。除此以外,我们还需要研发实验室仪器,用来探测内核的压力和温度等情况,我们即将实现这个梦想。”蒙德、罗斯特和他们的同事大卫•古斌斯以及比诺德•斯伦瓦桑把他们的研究成果发表在5月19日的《自然》杂志上。(孝文)
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