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地球地壳的宁静之处下方隐藏着熔化地核般的酷热

了解地幔的熔融如何受到板块构造和火山活动的影响,将地质学与地核动力学联系起来。

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新闻摘要:在地质学家对地球中心的传统看法中,随着液态核心不断冻结,固态内核也在逐渐增大,这是地球数十亿年来持续冷却的过程。但现在科学家们提出,固态内核的部分区域温度会升高到足以液化,而这一切都与地壳的活动有关——这意味着我们看到的地震、火山和板块构造都与地球的心脏相连。

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运作方式:

  • 研究人员利用计算机模型和地震学数据发现,地幔的部分区域可以变得足够热,以至于热量被强制回流到地核,熔化“地核表面的很小一部分”。他们表示,地核表面约1%的部分可能正在熔化,这大约相当于77,000平方英里。

  • 例如,在太平洋地震活跃的“火环”下方,地热通过火山向外散发,寒冷的板块被推入地幔,所有这些“都在从地核吸取大量热量,帮助其冻结。”。但在远离这些散热过程的非洲和太平洋地区下方,模型显示地幔可以变得足够热,从而开始熔化地核。合著者乔恩·蒙德(Jon Mound)表示,“这表明地球核心的整体动力学在某种程度上与板块构造有关,而这从地表观测来看是完全不明显的。”

背景是什么?:

  • 总而言之,地球核心数十亿年来一直在冷却,导致液态外核缓慢固化,固态内核的尺寸不断增大。科学家估计,固态内核的直径每年大约增长1毫米。

  • 从地核散发的热量穿过地幔上升,形成对流。正是这种对流和地球的自转帮助产生了我们的磁场。

  • 过去,研究人员注意到地震波穿过内核某些区域时速度不同。因此,这项研究表明,内核的局部熔化可能是原因,因为地震波在熔化区域传播速度较慢,而在固体区域传播速度较快。

  • 为了确定地核是否真的在熔化,研究人员“需要更大规模、更均匀分布在全球(尤其是海洋)的地震仪阵列,这在技术上是一个挑战,”蒙德(Mound)说道。

并非如此简单:并非所有研究人员的模型都表明内核熔化,因此“我们可能无法获得诱发熔化所需的核流。”蒙德(Mound)认为,造成这种不确定性的原因是,“存在一个普遍问题,即所有关于地球核心动力学的计算机模型都无法真正捕捉真实动力学,因为没有人拥有足够强大的计算能力来运行足够精细的模型。”

参考文献:David Gubbins, Binod Sreenivasan, Jon Mound, Sebastian Rost. “Melting of the Earth’s inner core.” Nature, 2011; 473 (7347): 361 DOI: 10.1038/nature10068

图片:Wikimedia Commons / Linuxerist

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