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地核泄露了几十亿年

2021-10-09 06:55:39 科技 来源:
导读 地球磁场通过阻挡来自太空的有害高能粒子来保护我们的星球并使其适合居住。这个磁场的来源是我们星球中心的核心。然而,核心很难研究,部分

地球磁场通过阻挡来自太空的有害高能粒子来保护我们的星球并使其适合居住。这个磁场的来源是我们星球中心的核心。然而,核心很难研究,部分原因是它的初始深度约为2900公里,因此不可能进行采样和直接调查。

但是,我们是一个研究小组的成员,该小组已经找到了获取地球核心信息的方法,最近在地球化学透视信中公布了详细信息。

那里非常热。

地核是地球上最热的部分,外核达到5000以上。这一定会影响覆盖的地幔。据估计,50%的火山热量来自核心。

火山活动是地球的主要冷却机制。一些火山活动,比如那些仍然在夏威夷和冰岛形成火山岛的火山活动,可能与地幔柱的核心有关,这些火炬将热量从核心传递到地球表面。

然而,地核和地幔之间是否有任何物理物质的交换,几十年来一直是争论的话题。

我们的结果表明,一些核心物质确实转移到了这些地幔柱的底部,在过去的25亿年里,核心一直在泄漏这种物质。

我们通过观察钨的同位素比率的非常小的变化发现了这一点(同位素基本上是同一种元素的不同版本,只包含不同数量的中子)。

为了研究地核,我们需要在深地幔火山岩中寻找地核物质的化学示踪剂。

我们知道核心有非常独特的化学性质,主要是铁和镍,以及溶解在铁镍合金中的钨、铂和金。因此,像金属合金这样的元素是研究堆芯痕迹的好选择。

寻找钨同位素。

钨(化学符号w)作为基本元素有74个质子。钨有几种同位素,包括182瓦(含108个中子)和184瓦(含110个中子)。

钨的这些同位素可能会成为核心物质最具决定性的示踪剂,因为地幔的比例预计会远高于核心物质的比例,即182 W/184 W。

这是因为另一种元素铪(Hf)不溶于铁镍合金,富含地幔,它有一种灭绝的同位素(182 Hf)并衰变为182 W,这使得额外的地幔相对于地核中的钨为182 W。

然而,检测钨同位素变化所需的分析非常具有挑战性,因为我们正在研究的是百万分之182 W/184 W比值的变化,岩石中钨的浓度低至十亿分之几。世界上能做这种分析的实验室不到五个。

泄露的证据。

我们的研究表明,在地球的生命中,地幔中182 W/184 W的比值发生了实质性的变化。地球上最古老的岩石比现代地球上大多数岩石高182瓦/184瓦。

改变182 W/184地幔W的比值,表明钨从地核长期渗入地幔。

有趣的是,在地球上最古老的火山岩中,地幔的钨同位素在18亿年的时间范围内没有明显变化。这表明从43亿年到27亿年前,很少或没有物质从地核转移到上地幔。

然而,在随后的25亿年里,地幔的钨同位素组成发生了显著变化。我们推断,板块构造的变化始于大约26亿年前太古宙末期的恩恩,并在地幔中引起了足够的对流,从而改变了所有现代岩石的钨同位素。

泄露。为什么呢?

如果地幔柱从地核-地幔边界上升到地球表面,那么地球表面的物质也必然落入地幔深处。

俯冲是一个术语,用于描述从地球表面坠落到地幔的岩石,它将富含氧气的物质从地球表面带到地幔深处,作为板块构造的一个组成部分。

实验表明,地核-地幔边界氧浓度的增加可能导致钨从地核分离并进入地幔。

或者,内芯的固化也将增加外芯的氧浓度。在这种情况下,我们的新结果可以告诉我们一些关于核心演化的信息,包括地球磁场的起源。

地核始于完全液态的金属,随着时间的推移,金属逐渐冷却并部分凝固。磁场是由内部实心核的旋转产生的。内核的结晶时间是地球和行星科学中最困难的问题之一。

我们的研究为我们提供了一种示踪剂,可以用来研究地核-地幔相互作用和地球内部的动态变化,这可以促进我们对磁场如何开启以及何时开启的理解。会话


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