科学家们揭示了地球内部核心超离子状态的秘密

导读：地球的核心是我们星球最深的部分，其特点是压力和温度极高，它由一个液体的外核和固体的内核组成。

地球的核心是我们星球最深的部分，其特点是压力和温度极高，它由一个液体的外核和固体的内核组成。内核的形成和增长是由于内核边界的液态铁的凝固。内核的密度低于纯铁，而且据信一些轻元素存在于内核中。

由中国科学院地球化学研究所的何宇教授领导的联合研究小组发现，地球的内核不是普通的固体，而是由固体铁子晶格和液态轻元素组成，这也被称为超离子状态。在内核条件下，液态光元素在铁亚晶格中具有高度的扩散性。

这项研究将于今天（2022年2月9日）发表在《自然》杂志上。

超离子状态是介于固体和液体之间的一种中间状态，广泛存在于行星的内部。来自IGCAS和高压科学与技术高级研究中心（HPSTAR）的研究人员利用基于量子力学理论的高压和高温计算模拟，发现一些Fe-H、Fe-C和Fe-O合金在内核条件下转变为超离子状态。

在超离子铁合金中，轻元素变得无序，像液体一样在晶格中扩散，而铁原子保持有序，围绕其晶格振动，形成固体铁框架。超离子铁合金中C、H和O的扩散系数与液态铁中的扩散系数相同。

"这是很不正常的。"该研究的第一作者和通讯作者何宇教授说："铁在内核边界的凝固并没有改变这些轻元素的流动性，而且轻元素的对流在内核中是连续的。"

关于内核的一个长期之谜是它相当柔软，剪切波速度相当低。研究人员计算了这些超离子铁合金的地震速度，发现剪切波速度明显下降。"我们的结果与地震学观察很吻合。来自IGCAS的共同第一作者孙世川说："正是这些类似液体的元素使内核变软。"

高度扩散的轻质元素可以影响地震速度，为了解内核的其他奥秘提供关键线索。通过考虑这些液态元素在内核中的分布和对流，内核在过去几十年中的各向异性结构、地震波衰减和结构变化可以在超离子模型中得到合理解释。