地球正在移動、熔化中的核心

Earth's Moving, Melting Core
http://news.sciencemag.org/sciencenow/2010/08/earths-moving-melting-core.html

By Kristen Minogue on August 4, 2010 3:27 PM

奇怪的力量正在地表下 5 千公里處作用。內核正以科學家無法解釋的方式表現。理論上，地核應將鐵自其熔化的環繞物吸出，並使其結晶化成固態金屬。不過單單那件事不足以解釋一些奇怪的觀測 -- 除非，如某些科學家的推測，核心也正在熔化中。

內核，絕大部份是鐵、直徑幾達 1200 公里的固態球體，在數億年前形成，那時地球的熾熱的內部開始冷卻而最重的元素開始下沈。它至此開始緩慢成長。科學家推測當內核從液態的外核將融熔的鐵吸收並使其變硬後會變得更大。如果內核真的將較重的元素從外核拉出來，那麼液體應更輕才對。這個假說也沒有解釋，為何來自地震的地震波 -- 這些是科學家唯一能用來看見地底深處的少數幾種工具 -- 在內核東側傳播的速度為何會比西側快。根據一種發表在 8/5 Nature 上的新模型指出，這些謎題的答案是，地球核心遠比科學家所認為的更加活躍（dynamic）。第一作者 Thierry Alboussiere（法國 Lyon 大學的地球物理學家）指出，內核西邊結晶化，在東邊熔化。此即，東邊正緩慢地分解，而西邊則持續累積更多鐵。這種過程有點像是一部踏步機（treadmill）：固態的鐵以每年大約 1.5 公分的步伐朝東「移動」，當它抵達東側時熔化。在此步伐下，Alboussiere 表示，內核得要花上一億年的時間自行完成這個循環。

這個團隊的模型將解釋內、外核邊界間的厚實液體層。如果那是從稠密內核剛熔出來的液體，那麼它將比其餘的外核更重。且若內核在其西端結晶化並在其東端熔化，那麼將能夠解釋東、西兩側不同的地震波速度。

如果此模型正確，Alboussiere 說，內核仍持續成長中，不過它吸收鐵的速度要更快以便補償熔化掉的鐵。且因內核的運動會影響外核（那產生地球磁場），那麼這種不對稱的熔化也將迫使科學家重新思考地球的磁場如何運作。

"這裡仍有許多未知事物，不過那看起來顯然很合理（plausible），" Peter Olson 說，馬里蘭州 Johns Hopkins 大學的地球物理學家。他提到另一種模型已嘗試使用地幔（mantle，地函），介於地殼與外核的地層，來理解奇怪的地核。此假說推測地幔中的循環影響外核，那接著以某種類似連鎖反應的方式影響內核。事實上，Alboussiere 的模型試著以更簡單的方式來解釋這些是有好處，Olson 說。"那是把奧坎剃刀（Occam's razor）。其可動部件較少。"

這兩種假說並沒有相互排他，麻州 Bard College at Simon's Rock 的地球物理學家 Michael Bergman 指出。內核可能受到地幔的影響，而且可能在同一時間熔化。然而，他表示，"我認為那是在此時我們所擁有、看起來最合理的解釋。"

※ 相關報導：

＊ Melting-induced stratification above the Earth’s inner core due to convective translation
http://www.nature.com/nature/journal/v466/n7307/full/nature09257.html

Thierry Alboussiere, Renaud Deguen & Mickael Melzani
Nature 466, 744-747 (5 August 2010)
doi: 10.1038/nature09257

＊ 地球磁場仍然是一個帶電的謎
＊ 研究：地球核心令人驚訝的迅速變化
＊ 地球磁場逆轉可由小核心波動解釋
＊ 地球核心的不勻稱生長