不是實心鐵鎳合金，新研究：地球內核實際上處於超離子態
教科書多年來告訴我們，地球核心分為外核與內核，外核為液態鐵鎳合金，內核為固態鐵鎳實心球，然而地震波數據發現一些地震剪切波行為不像穿過普通固體內核，它們比預期「軟」，不同方向的波速差異也無法完全用一般晶體排列解釋。
換句話說，內核理論上是固體，卻表現出有點柔軟、甚至半融的狀態，顯現更接近黃油而非鋼的蒲松比（Poisson's ratio），成為地球物理學未解謎題：地球內核如何顯得既堅固又柔韌？
近日，一項發表在《National Science Review》期刊的新研究帶來強有力解釋，科學家指出，地球內核可能根本不是純固體，而是處於超離子態，輕元素能像液體一樣自由穿梭堅硬鐵晶格，這種狀態會大幅軟化核心，與數十年來科學家困惑的地震波數據相符。
中國四川大學、中國科學院地球化學研究所團隊證明，鐵碳合金在高壓高溫條件會轉變為超離子相，大幅降低合金剛性，該狀態下碳原子變得自由、以類似液體的方式快速穿過固體鐵晶格，但鐵本身維持固態和有序結構。
電腦模型 2022 年已暗示過這種狀態，但一直沒有直接性實驗數據佐證，近日該團隊使用一種在極短時間內對材料施加極高壓力的設備，讓鐵碳樣品進入與內核類似的環境條件，觀察到剪切波速度急劇下降且蒲松比急增──與地球深處偵測到的「軟」地震訊號相符。原子尺度的觀察更顯示碳原子能自由滑過鐵晶格，降低其剛性但未破壞結構。
簡單說，地球內核實際上以固液混合的超離子態存在。
新實驗表明，我們應該重新思考地球心臟真實樣貌，從靜態、剛性內核模型轉為動態模型。
（首圖來源：AI 生成）