行星中的行星：地震学家探究地球内部的核心

来自犹他大学的研究人员发现，地球的内部核心质量不均匀，而是一个由不同织物组成的复杂的织锦。

这些发现发表在《自然》杂志上，证据来自地震的地震数据和CTBTO的感应仪器。

它们表明，内核最初快速增长，随着时间的推移而放缓，并且可能有液态铁被困在其中。

在地球的中心是一个固体金属球，一种"行星中的行星"，它的存在使表面的生命成为可能，至少就我们所知。

地球的内部核心是如何形成、成长和随时间演变的，这仍然是一个谜，一个由犹他大学领导的研究小组正在寻求借助来自自然发生的地震的地震波来一探究竟。

虽然这个直径2442公里的球体只占地球总体积的不到1%，但它的存在是地球磁场的原因，如果没有它，地球将是一个非常不同的地方。

但是，据犹他大学地质与地球物理系的前博士生Guanning Pang说，内核并不是科学家们曾经假设的那种均匀的质量，而更像是由不同"织物"组成的织锦。

Pang说："我们第一次证实，这种不均匀性在内核内随处可见。

"Pang是一项新研究的主要作者，该研究于7月5日发表在《自然》杂志上，打开了一扇通往地球最深处的窗口。

他进行了这项研究，作为他在犹他大学博士论文的一部分。

监督这项研究的犹他大学地震学家Keith Koper说："我们的研究是关于试图观察内核内部的，这就像一个边疆地区。

任何时候你想对某一事物的内部进行成像，必须剥去浅层的影响。

因此，这是最难制作图像的地方，是最深的部分，而且还有一些关于它的未知的东西。

"

这项研究利用了由为探测核爆炸而设立的全球地震阵列网络产生的特殊数据集。

1996年，联合国成立了全面禁止核试验条约组织（CTBTO）的筹备委员会，以确保遵守禁止此类爆炸的国际条约。

地质学教授Keith Koper负责犹他大学的地震仪站

它的核心是国际监测系统（IMS），有四个系统，使用遍布世界各地的先进传感仪器探测爆炸。

虽然它们的目的是执行国际核爆炸禁令，但它们已经产生了大量的数据，科学家可以利用这些数据对地球内部、海洋和大气中发生的事情进行新的了解。

这些数据促进了照亮流星爆炸的研究，确定了侏儒蓝鲸的群落，推进了天气预测，并提供了关于冰山如何形成的见解。

虽然地球的表面已经被彻底测绘和描述，但其内部却更难研究，因为它无法直接进入。

感知这一隐藏领域的最佳工具是地震，地震波从地球薄薄的地壳中传播出来，并在其岩石地幔和金属核心中振动。

"这颗行星是由小行星形成的，这些小行星[在太空中]是某种增殖的。

它们相互碰撞，你产生了大量的能量。

所以整个星球，当它形成的时候，正在熔化，"Koper说。

"这只是铁更重，你得到了我们所说的核心形成。

金属下沉到中间，液态岩石在外面，然后随着时间的推移，它基本上冻结了。

所有金属都在下面的原因是它们比岩石更重。

"

在过去的几年里，Koper的实验室一直在分析对内核敏感的地震数据。

以前的一项研究，由Pang领导，确定了地球和内核的旋转之间的变化，这可能引发了2001年至2003年一天的长度的变化。

地球的核心，直径约为4300英里，主要由铁和一些镍以及其他一些元素组成。

外核保持液体状态，包裹着固体内核。

位于大学校园内的地震仪站记录地球运动

犹他大学地震仪站负责人、地质学教授Koper说："这就像行星中的行星，它有自己的旋转，并被这个大的熔融铁海洋所解耦。

"地球周围的磁能保护场是由液态外核内发生的对流产生的，外核在固态核心上方延伸了2260公里（1795英里）。

熔化的金属上升到固体内核之上，当它接近地球的岩石地幔时冷却并下沉。

这种循环产生了笼罩地球的电子带。

如果没有一个坚实的内核，这个场会弱得多，行星表面会受到辐射和太阳风的轰击，这些辐射和太阳风会剥去大气层，使表面不适合居住。

在这项新的研究中，犹他大学的研究小组查看了放置在世界各地的20个地震仪阵列所记录的地震数据，包括在南极洲的两个地震仪。

离犹他州最近的是在怀俄明州的皮内代尔外。

这些仪器被插入花岗岩地层中钻出的长达10米的钻孔中，并按模式排列，以集中它们接收的信号，类似于抛物线天线的工作方式。

Pang分析了来自2455次地震的地震波，这些地震都超过了5.7级，或者说与2020年震撼盐湖城的地震强度差不多。

这些波在内核上反弹的方式有助于绘制其内部结构。

较小的地震不会产生强到对研究有用的波。

科学家在1936年首次使用地震波来确定内核是固体。

在丹麦地震学家Inge Lehmann发现之前，人们认为整个核心是液态的，因为它非常热，接近10000华氏度，与太阳表面的温度差不多。

在地球历史上的某个时刻，内核开始"成核"，或在地球中心存在的巨大压力下凝固。

这一过程何时开始仍然未知，但是犹他大学的团队从地震数据中收集到了重要的线索，这些数据显示了与穿透到核心内部的波有关的散射效应。

"我们最大的发现是，当你越深入时，不均匀性往往越强。

在地球的中心，它往往更强，"Pang说。

"我们认为，这种结构与内核的增长速度有关。

很久以前，内核增长得非常快。

它达到了一个平衡，然后它开始增长得更慢，"Koper说。

"并不是所有的铁都变成了固体，所以一些液态的铁可能被困在里面。

"

参与这项由国家科学基金会资助的研究的是来自南加州大学、法国南特大学和洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员。

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