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科技实时动态:地球的核心已经泄漏了数十亿年

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地球的磁场通过阻挡来自太空的有害高能粒子来保护并使我们的星球适合居住。这个磁场的来源是我们星球中心的核心。但核心很难研究,部分原因是它的起始深度约为2,900公里,因此无法进行采样和直接调查。

然而,我们是一个研究团队的成员,该团队找到了获取地球核心信息的方法,最近在地球化学透视信函中发布了详细信息。

那里很热

核心是地球上最热的部分,外核达到5000℃以上。这必须影响覆盖的地幔,估计有50%的火山热来自岩心。

火山活动是地球的主要冷却机制。某些火山活动,例如仍然形成夏威夷和冰岛火山岛的火山活动,可能与地幔柱的核心有关,这些火炬将热量从核心转移到地球表面。

然而,核心与地幔之间是否存在任何物理材料的交换几十年来一直是争论的主题。

我们的研究结果表明,一些核心物质确实转移到这些地幔柱的基部,并且核心在过去的25亿年中一直在泄漏这种物质。

我们通过观察元素钨的同位素比率的非常小的变化来发现这一点(同位素基本上是仅包含不同数量的中子的相同元素的版本)。

为了研究地球的核心,我们需要在深层地幔的火山岩中寻找核心物质的化学示踪剂。

我们知道核心具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,铂和金等元素。因此,喜欢金属合金的元素是研究核心痕迹的良好选择。

寻找钨同位素

作为基本元素的钨(化学符号W)具有74个质子。钨具有几种同位素,包括182 W(具有108个中子)和184 W(具有110个中子)。

钨的这些同位素有可能成为核心材料最具决定性的示踪剂,因为预计地幔的比率比核心高得多,为182 W / 184 W.

这是因为另一种元素,铪(Hf),它不溶于铁镍合金并富含地幔,并且具有现已灭绝的同位素(182 Hf),衰变至182 W.这使得额外的地幔相对于核心中的钨为182 W.

但是,检测钨同位素变化所需的分析是非常具有挑战性的,因为我们正在研究182 W / 184 W比率的百万分之几变化,并且岩石中钨的浓度低至十亿分之几。世界上不到五个实验室可以进行这种分析。

泄漏的证据

我们的研究表明,在地球的一生中,地幔的182 W / 184 W比率发生了实质性的变化。地球上最古老的岩石比现代地球的大多数岩石显着高出182 W / 184 W.

在改变182 W / 184地幔W的比率表明从芯钨已经渗出到地幔很长时间。

有趣的是,在地球上最古老的火山岩中,在18亿年的时间范围内,地幔的钨同位素没有显着变化。这表明,从43亿年到27亿年前,核心很少或没有材料被转移到上地幔。

但在随后的25亿年中,地幔的钨同位素组成发生了显着变化。我们推断板块构造的变化,从大约26亿年前的太古代恩恩末期开始,在地幔中引发了足够大的对流,以改变所有现代岩石的钨同位素。

泄漏为什么?

如果地幔羽状物从核心 - 地幔边界上升到地表,那么地球表面的物质也必须下降到深部地幔中。

俯冲是地球表面下降到地幔的岩石所用的术语,它将富含氧的物质从地表带入深层地幔,作为板块构造的一个组成部分。

实验表明,核 - 幔边界处氧浓度的增加可能导致钨从核心分离出来并进入地幔。

或者,内核固化也会增加外核的氧浓度。在这种情况下,我们的新结果可以告诉我们关于核心演变的一些信息,包括地球磁场的起源。

地球的核心始于完全液态金属,随着时间的推移已逐渐冷却并部分固化。通过内部实心核的旋转产生磁场。内核结晶的时间是地球和行星科学中最难回答的问题之一。

我们的研究为我们提供了一个示踪剂,可用于研究核心 - 地幔相互作用和地球内部动力学的变化,这可以促进我们对磁场如何以及何时开启的理解。对话

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