科學家：地球的固態內核本不應該存在

地球核心

地球核心由內核和外核組成，內核是固態的鐵鎳合金，厚度約為1200公里；而外核是液態的鐵鎳核心，厚度約為2200公里。長久以來，地質學家認為，地球的內核大約在10億年前形成。由於溫度下降，當時地球中心的熔融液態金屬開始自發地快速結晶生長，一直達到現在半徑約為1200千米的範圍。不過，最近一項研究提出了「地球內核的成核悖論」，表明此前有關地球內核的形成理論存在矛盾。

地球內核的成核悖論

在過去80多年來，科學家已經知道，一個結晶的地球內核是存在的。但凱斯西儲大學的科學家指出，這種被廣泛接受的觀點忽略了一個關鍵點，只要考慮到這個關鍵點，就會暗示地球內核不應該存在。

眾所周知，在一定壓強下，物質的溫度必須小於等於它的凝固點溫度才能保持固態。但事實證明，最初從液態金屬中形成晶體時需要額外的能量。這種額外的能量就是成核能壘，只有克服這種能壘，液體才有可能結晶。然而，最初有關地球內核的形成模型卻沒有考慮到這一因素。

異相物質可作為成核點

為了克服成核能壘來形成晶體，液體的溫度需要低於凝固點，形成「過冷」的狀態。或者在液體中加入一些其他物質，使其成為成核點，這樣可以降低成核能壘，從而更容易結晶。

該研究的主要作者之一Steven Hauck教授表示：「此前，包括我們在內的所有人似乎都忽略了這個大問題——液態金屬不會立即開始結晶，除非有什麼東西能夠大幅降低能量位壘。」

然而，在地球中心的巨大壓力下，金屬的成核能壘相當高。內核的溫度高達5700開氏度，壓力則高達地球大氣壓的300多萬倍。在這種高壓下，為了使內核結晶，需要使液態金屬的溫度低於凝固點（或者熔融溫度）多達1000度。如果地球中心達到了這個溫度，那麼幾乎整個地核都應該迅速結晶，但實際上卻沒有。事實上，地球的溫度每10億年才降低100度，所以不可能出現1000度的大幅降溫。

熔融的鐵

因此，如果地核是均相液體，那麼，固態的內核就應該不存在，因為它不能過冷到這種程度。那麼，如果地核不是均相液體，它又是如何演變成這樣的呢？這就是地球內核的成核悖論。

地球固態內核的可能形成原因

如上所述，液體結晶要麼需要過冷，要麼需要成核劑，前者在地核中是不可能的，只有後者才是有可能的。研究團隊認為，大塊的固體金屬從地核上方的地幔中慢慢掉下來，進入液態地核以降低成核能壘，從而引髮結晶。不過，這需要一塊大如一座大型城市的金屬塊，只有足夠大的重量才能穿過地幔，進入地核，使其成為成核點，而不會完全熔化。

地球的內核是固態的

對此，另一位科學家Van Orman教授表示：「如果真的是這樣，我們需要弄清楚這到底是怎麼發生的。此外，行星核心中是否存在一些我們此前所未曾想到過的一般特徵，可以使其克服成核能壘？固態的地球內核是存在的，現在我們要弄清楚它究竟是如何形成的。」

目前，這項研究已經發表在《地球與行星科學快報》（Earth and Planetary Science Letters）上。

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