前往地球中心的旅程：使用钻石砧模拟地球的核心

时间：2021-09-27 09:52:02 来源：

地球内部的不同层具有不同的成分和密度。

为了调查在地球熔融外核中发现的情况，研究人员成功地确定了液态铁的密度和在极高压力下通过它的声音传播速度。他们通过使用高度专业化的金刚石砧座来压缩样品并进行复杂的X射线测量，从而实现了这一目标。他们的发现证实了熔融的外核比液态铁的致密性低，并且还在差异上增加了价值。

朱尔斯·凡尔纳（Jules Verne）1864年的小说《地球中心之旅》带给探险者一次有想象力的旅程，探访了地球的核心，在那里他们发现了一个巨大的空心洞穴，里面容纳着史前环境，以及恐龙。他们之所以到达那里，是因为有一个像坦克一样的钻孔机可以在火山中穿行。这听起来很有趣，但不用说，它与现实相去甚远，研究人员从地球表面的相对安全性出发，使用各种技术和仪器探索地球内部。

测量地震在地球上传播方式的地震设备对于绘制地球内部一些较大的结构布置至关重要，因此，人们早就知道，在地球的心脏处有一个实心核心，周围是密度较小的液体外核。实验和模拟第一次向研究人员展示了以前无法获得的有关该外核的详细信息。这些实验包含一些令人着迷的细节。

地球与行星科学系项目助理教授安谷康宏说：“要在地表上方重新找到位于地球中心的条件并不容易。”“我们使用了金刚石砧来压缩受强热作用的液态铁样品。但是，不仅仅是创建条件，我们还需要保持足够长的时间以进行测量。这是真正的挑战。”

测量液体样品的密度要比固体样品难，因为这需要花费更长的时间。但是Kuwayama和他的团队通过围绕钻石砧座进行了长达20年的独特实验设置，保持了足够的样本以收集所需的数据。他们使用了来自日本SPring-8同步加速器的高度聚焦的X射线源来探测样品并测量其密度。

“我们发现，在压力为116吉帕的情况下，外层铁芯的密度约为10吨/立方米，温度为4,350开尔文，” Kuwayama解释说。作为参考，典型的室温约为273开氏温度。因此，该样品的温度是您房间的16倍以上，密度是水的10倍。

与这项新测量结果相比，地球外核的密度似乎比纯铁水的密度低大约8％。这里的建议是在熔融的外芯中还有其他目前尚未发现的较轻元素。这项研究可以帮助其他人发现地球深处更多无法获得的秘密。

Kuwayama总结说：“重要的是要研究这些东西，以使他们不仅了解地球的核心，而且还要了解其他行星的组成以及行为。”“重要的是要注意，不仅仅是精致的设备帮助我们找到了这些新信息，而且还进行了精细的数学建模和分析方法。我们对这种方法的有效性感到惊讶，并希望它可以导致人们对我们脚下的世界有更深入的了解。”

参考：“极端条件下的液态铁状态方程”，作者：康山康宏，纪尧姆·莫拉德，中岛洋一，广濑圭，阿尔弗雷德·QR·巴伦，川口沙织一世，土屋拓iya，石川大辅，平尾直久和大石康男，2020年4月22日，实物审查信.DOI：
10.1103 / PhysRevLett.124.165701

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