地核正在快速凝固？地球会像火星一样变得毫无生机吗

本文来自微信公众号：SF 中文 （ID：kexuejiaodian），作者：SF

火星由于核心的快速凝固，地质活动逐渐变缓，火星的磁场和板块运动也消失了。失去了火星磁场的保护，太阳风吹走了火星大气，导致气压偏低，进而造成火星表面的液态水在低温的条件下就会沸腾，无法稳定存在。火星从而变成了一颗毫无生机的行星。最新研究发现，地核也在逐渐凝固。那么，地球也会重蹈火星的覆辙吗？

文 | 文 / 科林・斯图尔特（Colin Stuart）

译 | 礼世杰

编 | 赵佳明

在地球刚刚形成的时候，地核就已经出现了。在太阳系的形成早期，太阳系中存在一个原行星盘（protoplanetary disc）。渐渐地，原行星盘中的物质在重力的作用下，形成了星子（planetesimals）。后来，这些松散的岩石和金属块互相碰撞，最终形成了行星，其中就包括我们的地球。

在这个过程中，质量较重的铁沉积到地球的中心，相对较轻的岩石则上浮到地球表面。随后，地球冷却了下来，地球表面形成了地壳，而地球核心区域的铁则处于熔融状态，并靠着地核外部施加的巨大压力始终维持着熔融状态。

地核一直在凝固

在此后的数十亿年里，地核一直在冷却。美国南卡罗来纳大学的地震学家丹・弗罗斯特（Dan Frost）说：“外核中的流体态铁慢慢降温，凝固成了固体，形成内核。”

内核还在不断增长中，增长速度相当于每秒钟有 8000 吨铁水凝固 —— 这个重量与全球每天新增人口的总体重相当。由于冷却凝固作用，内核的热量丧失，转移到了外核，这引发了熔融态外核的强烈对流，从而形成了地球磁场。

内核是如何增长的？

然而，最新研究表明，内核的增长是不均衡的。弗罗斯特团队已经着手监测发生在地球内部的这种不均衡的增长模式。但这并不是一项简单的工作，因为他们目前只能在地表采集相关数据，他们也无法知道今天的内核比昨天增长了多少。

为了确定内核是如何增长的，弗罗斯特团队正在寻找能证明内核内部存在物质流动的证据。当地震波穿过内核时，如果它的传播方向与地轴（大致是南北方向）平行，那么与传播方向和赤道平行时相比，地震波的传播速度会更快。基于这一规律，弗罗斯特表示，内核中的晶体都在一个相似的方向上排列。而且只有内核内部存在物质流动，才能达到这种一致性。

通过研究，他们发现，印度尼西亚附近班达海下方的内核要比巴西下方的内核增长得更快。然而，这种不平衡不会一直持续下去。“内核中的晶体会在重力作用下，被推向增长较慢的一侧，从而让内核保持球状。”弗罗斯特解释道，“正是这种物质流动形成了我们所观察到的晶体排列形式。”

提出新的内核模型

在弗罗斯特的研究中，他们假设内核只含有一种结晶铁。然而，过去科学家普遍认为，内核的最外层和最内层之间具有明显的区别。

“在最外层内核和最内层内核之间没有急剧的过渡，而是存在一个平稳的过渡。” 弗罗斯特认为，这样的内核模型与他的最新发现相符合。

不过，这也意味着，关于地球固态内核的许多谜团仍未找到答案。毕竟，从我们知道内核的存在到现在还不到百年，而内核已经存在了几十亿年。

弗罗斯特提出了新的内核模型，给出了内核增长的新模式。那么，问题又来了：我们到底是否需要担心地核的凝固？

其实，我们并不用担心。因为地核不会很快就完全固化。实际上，固态内核的增长相对缓慢，每年只增厚 2 毫米。虽然在地质过程中，这已经算是很快的了，但熔融状态的外核如果完全凝固，预计还要 910 亿年。在这之前，地球早就被太阳烤干了。

本文部分改编自《科学焦点》2023.08 期-《探索地球内核》

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