撰文：哈里·贝克               2023年10月8日

艺术家对地壳、地幔、外核和内核分离后的样子的解释。（图片：Shutterstock）

科学家最近发现，长期以来被认为是一个静止的、固体金属球的地球内核，可能比我们预期的要坚硬得多。现在，一项新的研究表明，这种令人惊讶的柔软，可能是由过度活跃的原子引起的，这些原子在其分子结构中的移动，比我们意识到的要多得多。

内核是一个巨大的球形金属块，主要是铁，跨度约760英里（1220公里），可以追溯到至少10亿年前。内核被外核包围，外核是一片旋转的液态金属海洋，而外核又被一层被称为地幔的巨大熔融岩石包围，地幔就在我们生活的固体地壳下方。

我们星球中心的压力是巨大的，因此专家们最初认为，核心必须是完全固体的，内部排列成巨大六边形晶格的铁原子，必须永久固定。

但在2021年，地震产生的地震波，揭示了内核内部存在许多不一致之处，这导致一些科学家将其描述为一个“糊状的隐藏世界”。随后的研究表明，这可能是由于液态铁的漩涡被困在核心内，或者核心处于“超离子状态”，来自碳和氢等其他元素的原子，不断在核心的巨大铁原子晶格中晃荡。

研究员林荣福提出了一个内核的六角铁原子晶格模型。（图片：Jung Fu Lin/UT Jackson地球科学学院）

这项新研究于10月2日发表在《地球、大气和行星科学》杂志上，为内核内部发生的事情提供了另一种解释。

研究人员在实验室中重现了内核内的高压，并观察了铁原子在这些条件下的行为。然后，科学家们将这些数据输入一个计算机学习程序，创建一个模拟的虚拟核心，他们称之为“超级单元”。使用超级单元，研究小组能够看到铁原子，是如何在其所谓的刚性结构中移动的。

研究合著者、德克萨斯大学奥斯汀分校的地球物理学家林荣福在一份声明中说，研究结果表明，内核内的原子可以“比我们想象的移动得更多”。

研究人员在声明中写道，超晶格模拟表明，其中一些原子可以成组移动，在不影响晶格整体形状的情况下，占据晶格中的其他位置——有点像晚餐客人在不增加或移除椅子的情况下，在桌子上换座位。这种运动被称为“集体运动”。

林说：“这种增加的运动使内核不那么坚硬，抵抗剪切力也更弱。”他补充道，这可以解释为什么内核“出奇地柔软”。

研究人员认为，新发现还可能揭示对其他内核奥秘的新见解，比如它如何帮助产生地球磁场。

林说：“现在，我们知道了有助于我们理解地球内核动态过程和进化的基本机制。”