Only Perception: 研究者揭露地球地核與地幔（地函）之間的互動

2007-11-29

研究者揭露地球地核與地幔（地函）之間的互動

Research reveals secret to interaction between Earth's core and mantle
http://www.physorg.com/news115480990.html

November 28, 2007

Leslie Hayden 對於地球深處的研究導致某些重要發現，這對該領域的某些人來說格外新鮮，而且科學界逐漸注意到它。Hayden，Rensselaer Polytechnic Institute 的畢業生，是這篇論文的第一作者，發表在 11/29 的 Nature 上。

Hayden 在 Bruce Watson，Rensselaer 研究所的科學教授，的指導下完成她的研究。

Hayden 使用某些強力設備與有創造力的技術揭露金屬在地球地核與地幔（地函）之間移動的潛在路徑。"核心--地幔互動是激烈爭論的話題，" Hayden 說。"某些科學家相信在地球融熔的金屬核心與固態的矽酸鹽地幔之間沒有任何化學交互作用。其他人則相信他們看見有這種互動的跡象出現，不過沒發現能夠將金屬原子傳遞超過幾公尺以上距離的機制或路徑。"

Hayden 的實驗很可能揭露這樣一個路徑。如果屬實，這項發現能對「地質學家如何理解地球深處」有廣泛的牽連。他們有朝一日也能夠在「貴重元素資源，如金與鉑如何沈積」上提供重要資訊。

Hayden 與 Watson 開發一項實驗，那模擬地核與地幔之間的界面。受到高度擠壓的核心大部分由鐵與鎳離子組成，據信也包含其他「愛鐵（iron-loving）」元素，如金與鉑。地幔則由富含鎂的矽酸鹽岩石所組成。在實驗中，她們將一塊岩石，代表在地幔中發現的材料，放置在她們所謂的來源層與下沈層之間。來源層是能在核心中發現的地幔之一，例如金、鉑、同與其他較少人知道的金屬，如釕與鎢。

對每個金屬來說，這個縮小化的核心／地幔邊界接著被加熱到極端溫度與壓力，以代表地球深處狀態。緊接在實驗之後，每塊來源金屬都發現在下沈層中，這證明金屬事實上能找到路徑跑到岩石地幔去，而某些科學家相信這是不能穿過的。

Hayden 與 Watson 提出假說：金屬原子會沿著地幔岩石毗鄰顆粒之間所形成的表面移動。就好像一塊方糖，地幔岩石是由個別結晶體緊密擠壓在一起形成較大的結構。地核金屬的原子太過龐大以致於無法擴散（diffusion）至結構化的原子排列，那由個別結晶體或岩石顆粒所構成。不過，據研究者表示，每個顆粒之間的邊界並沒有塞滿原子，而且那可以是種快速路徑，讓金屬能在地幔與地核之間遷移。

"[在我們的實驗中，]某些金屬以令人驚訝的超快速率移動通過顆粒邊界 -- 大概像鈉離子通過水一樣快，" Hayden 說。"這證實金屬事實上能穿越很大一段距離的地幔物質。在整個地質時間上，這種金屬擴散對於它們在地球當中的分佈有顯著衝擊。它們的實驗顯示，某些元素能在 10 億年間，移動多達 100 公里，穿越地球的地幔。"

這項發現對於該領域很重要，不過也有很廣闊的經濟理由，Hayden 解釋。如果這些金屬能夠移出核心並且進入地幔，如同她們的發現所暗示，它們會進入地質學上的上湧地幔對流，而且能逐步移往地球表面，有可能致使價值不菲的沈積產生。"當我們在關於貴重與基底金屬穿越地球的移動上學到更多時，我們在某種程度上能發現他們如何、在哪裡與為什麼沈積，" 她說。

※ 相關報導：

＊ A diffusion mechanism for core–mantle interaction
http://www.nature.com/nature/journal/v450/n7170/abs/nature06380.html