地球內核並非普通固體，可能由神奇的超離子物質構成

地核位於地球最中心，壓力與溫度都相當高，目前模型認為由液態外核和固態內核組成。不過最近科學家發現地球內核似乎並非普通固態鐵，而是由固體鐵亞晶粒與液態輕元素組成，也就是處於液體和固體之間的超離子態。

1988 年時，科學家就預測冰在高溫高壓下會轉變成超離子態，此時冰的電導率接近金屬，物質當中一部分離子如液體快速運動，但另一部分離子如「骨架」般固定在結構上。天王星與海王星內部可能就存在超離子冰且影響著星球的磁場，令行星科學家相當關注。

但也許，地球內部就存在這種奇異的超離子物質狀態。

我們無法鑽探到地球中心 6,371 公里處瞧瞧那裡發生什麼事，因此科學家利用天然的鑽頭──地震波來判斷地球的組成。但即使有測量結果，地球內核仍相當神祕，1930 年代時間接證據表明它是固體，幾十年後又被認為是一種結晶鐵，近年又認為內核軟硬交加，甚至可再分出一層。

▲ 地球核心組成仍有許多謎題未解。（Source：中國科學院地球化學研究所）

中國科學院廣州地球化學研究所（IGCAS）李和平、何宇、孫士川研究員與北京高壓科學中心合作，在地球核心溫度壓力下對多種鐵合金性質進行模擬，發現六方相（hcp）Fe-H、Fe-C 和 Fe-O 合金在內核溫壓下轉變成超離子態，C、H、O 等輕元素離子在鐵合金間隙快速擴散，表現出流體特徵。

接著利用固-液共存法對上述合金熔點進行約束，結果獲得固態-超離子態-液態轉變相圖，證實超離子態合金於內核溫度壓力下的穩定性，也就是說輕元素對流可能在內核中廣泛存在。

這項發現表明地球內核並非傳統認知的固態，而是由固態鐵與流動的輕元素組成之超離子態；而超離子態轉變可導致鐵合金加速軟化，引起地震波速明顯降低（尤其是 S 波/剪切波波速），這也與地震學觀測結果相符。

理解像流體運動的輕元素分布與對流，可為各向異性結構的形成與地震波的衰減帶來新線索，更深入探討地球的神秘內核。新論文發表在《自然》（Nature）期刊。

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