地核已经“泄露”了数十亿年

地球的核心物质通过导致火山爆发的活动泄漏到地幔中。同样的活动促成了夏威夷群岛的形成。资料来源:环境保护局/bru eori/paradishelpers

地球的磁场可以阻止来自太空的高能粒子，从而保护地球，使我们的星球适于居住。这个磁场的来源是地球的核心。

然而，地核很难研究，因为它的深度约为2900公里，这使得直接调查成为不可能。

然而，一个国际研究小组发现了一种获取地核信息的方法，并于最近发表在《地球化学透视快报》上。

那里非常热。

地核是地球上最热的地方，外核的温度超过5000℃。这肯定会影响上面覆盖的地幔。据估计，50%的火山热量来自地核。

地球结构图。资料来源:Shutterstock/VRVector

火山活动是地球的主要冷却机制。火山活动可以通过地幔柱与地核联系在一起，地幔柱将热量从地核传递到地球表面。

然而，几十年来，地核和地幔之间是否存在物理物质交换一直是一个有争议的话题。

研究小组的发现表明，一些核心物质确实转移到了这些羽流的底部，过去25亿年来，核心一直在泄漏这些物质。

他们通过观察钨同位素比率的微小变化发现了这一点(同位素基本上是同一元素的不同版本，但中子数不同)。

为了研究核心，研究小组需要在深地幔火山岩中找到核心物质的化学示踪剂。

地核具有非常独特的化学成分，以铁、镍、钨、铂和金为主要元素，这些元素将溶解在铁镍合金中。因此，金属合金元素是研究地核痕迹的最佳选择。

寻找钨同位素

钨的化学符号是W，有74个质子作为基本元素。钨有几种同位素，包括182瓦(108个质子)和184瓦(110个质子)。

这些钨同位素最有可能成为核心物质最具决定性的示踪剂，因为地幔中182瓦/184瓦的含量远高于核心中的含量。

这是因为另一种元素铪(Hf)在起作用，它不溶于铁镍合金，富集在地幔中，一种已灭绝的同位素182HF衰变为182瓦。这使得地幔相对于核心中的钨增加了182瓦。

然而，探测钨同位素变化所需的分析极具挑战性，因为正在研究182瓦/184瓦的比值变化，而岩石中的钨浓度低至数百亿。世界上只有不到五个实验室能够进行这种分析。

泄露的证据

研究表明，地幔的182瓦/184瓦比值在地球生命周期中有显著变化，与现代地球的大多数岩石相比，古代岩石的182瓦/184瓦比值要高得多。

地幔182瓦/184瓦的变化表明钨已经从地核泄漏到地幔有一段时间了。

有趣的是，在地球上最古老的火山岩中，地幔中的钨同位素没有显著变化。这表明，从43亿到27亿年前，很少或根本没有物质从地核转移到上地幔。

然而，在接下来的25亿年里，地幔的钨同位素组成发生了重大变化。研究人员得出结论，大约26亿年前，在太古宙末期，板块构造的变化引发了地幔中足够的对流，从而改变了所有现代岩石的钨同位素。

为什么会泄漏？

如果地幔柱从地核-地幔边界上升到地球表面，可以推断地球表面的物质将不可避免地落入深部地幔。

俯冲是地球表面岩石下降到地幔的一个特殊术语。作为板块构造的一个组成部分，它将富氧物质从地球表面带入地幔深处。

实验表明，核-幔边界氧浓度的增加可能导致钨从核中分离并进入地幔。

此外，内核的固化也将增加外核的氧浓度。在这种情况下，新的结果可以告诉我们一些关于地核的演化，包括地球磁场的起源。

这些图像显示了地核和地幔之间钨同位素比率的差异，以及地核是如何将物质泄漏到地幔柱中的。资料来源:尼尔·班尼特

核心最初是一种完全液态的金属，随着时间的推移，它会逐渐冷却并部分固化。磁场是由内部固体核心的自旋产生的。内核的结晶时间是地球和行星科学中最难回答的问题之一。

这项研究提供了一种示踪剂，可以用来研究地核和地幔层之间的相互作用以及地球内部动力学的变化，并且可以提高我们对磁场产生的方式和时间的理解。

蝌蚪工作人员编译自cosmosmagazine，译者李同信，经授权转载