科学剖析地球外核在生锈吗

发布时间：2022-05-22 15:47 所属栏目：15 来源：互联网

导读：当俯冲带携带着含水矿物深入到地幔深处时，可能就会锈蚀地球的铁质外核，形成巨大的氧气汇。之后，这些氧气就会回到大气层中。地球表面的铁，无论是简单的钉子还是坚固的大梁，当暴露在潮湿空气或含氧的水中时，就会逐渐发生氧化反应。这种反应的红褐色产物

当俯冲带携带着含水矿物深入到地幔深处时，可能就会“锈蚀”地球的铁质外核，形成巨大的氧气汇。之后，这些氧气就会回到大气层中。

地球表面的铁，无论是简单的钉子还是坚固的大梁，当暴露在潮湿空气或含氧的水中时，就会逐渐发生氧化反应。这种反应的红褐色产物就是铁锈，可以由各种形式的含水氧化铁和氧化铁氢氧化物组成。在美国西南部的干旱气候区，以及其他许多地方发现的红色岩石都属于同一种氧化铁矿物 —— 赤铁矿；而在潮湿的环境中，像赤铁矿这样的铁矿石会风化成铁的碱式氧化物 —— 针铁矿（FeOOH）。

在地球深处，确切地说，在地球表面以下 2900 千米深处，大量的熔融铁组成了地球的外核。那么，外核也会生锈吗？

最近，科学家在实验中发现，当铁在接近 100 万大气压（类似地幔深处）的压力下与水分 —— 以水或含氢氧基矿物的形式 —— 相遇时，会形成过氧化铁或高压形式的氧化铁-氢氧化铁，结构与黄铁矿相同（称为黄铁矿型 FeOOH）。换句话说，这些实验中的氧化反应确实会形成高压铁锈。

实验室研究表明，地核的氧化铁-氢氧化铁锈（即 FeOOHx，其中 x 是 0 到 1 的数值）可能导致穿过它的地震横波（Vs）和纵波（Vp）速度显著降低，就像超低速区的岩石（或部分熔融）。事实上，与初步参考地球模型中作为深度函数的平均地震波速度相比，地核铁锈可以使横波和纵波速度分别降低 44% 和 23%。如果地核铁锈堆积的厚度超过 3 到 5 千米，巨大的地震波降速将使其在地震层析成像中被识别出来。

难点在于区分超低速区的地震异常是由地核铁锈引起的，还是由其他原因引起的。例如，通常认为发生在下地幔底部的部分熔融是造成超低速区的原因，而这也可能导致类似于地核铁锈造成的地震波速度降低。

理论上，科学家应该可以用地震断层扫描来区分古登堡界面的地核铁锈与部分熔融。地震断层扫描通常是通过数学反演过程生成的，该过程将计算得到的地震波形与观测到的波形相匹配。反演过程需要确定拟合数据的可能数学解，然后根据其他考虑因素，从这些解中选择一个“最佳”解。

每一个可能的数学解都对应一组与所涉及材料的物理性质相关，但又有明显区别的模型参数，例如铁锈材料的横波、纵波和密度的相对差异，以及该材料周围地幔的平均值。

（编辑：ASP站长网）

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