本文摘要:日本物理化学研究所辐射与光科学研究中心的Nakajima Yoichi研究员和地球生命东京技术研究所的肖教授领导的研究小组最近宣布,他们在70万个大气压和2800开尔文(K)的超高压高温条件下测量了液态铁合金的纵波速度,从而发现地球的液态外核碳极其稀少。

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日本物理化学研究所辐射与光科学研究中心的Nakajima Yoichi研究员和地球生命东京技术研究所的肖教授领导的研究小组最近宣布,他们在70万个大气压和2800开尔文(K)的超高压高温条件下测量了液态铁合金的纵波速度,从而发现地球的液态外核碳极其稀少。地球的中心是一个半径3500公里的金属核。金属芯为双层结构,中心部分由液态内芯(液态铁合金)组成,外侧由液态外芯(液态铁合金)包围。

液态外核占金属核质量的95%,其主要成分为铁,其余为氢、碳、氧、硅、硫等元素。但是科学家不了解各种元素的含量比例。由于金属芯与表面最近距离约为2900 km,因此很难测量其成分。

液体外芯成分的测量不能按照地震波观测到的纵波速度、密度等物理方法进行。液态金属合金的纵波速度是通过在实验室中再现实际的液态核外环境来测量的,与地震波观测到的纵波速度相比,需要知道其成分。而地球内部是一个超高压超高温的世界,液态外核最上面部分有135万个大气压,温度在4000K以上,在实验室里很难重现这种无限的环境来测量液态铁合金。研究小组利用激光冷却DIA覆盖砧(DAC)装置和大型辐射设施Spring-8,在高压高温下将实验材料变为液态铁碳合金,并成功测量了其在70万个大气压和2800K超高压高温条件下的纵波速度。

结果表明,液态外核的碳含量仅为1.2%(重量百分比浓度)。液体外芯中10重量%的轻元素含量主要由碳以外的元素组成。

如果有必要测量液体外核所含轻元素的种类和数量,可以分析产生地球磁场的核磁电机的原理和地球形成时金属核的分离。研究结果发表在最近出版的《大自然通讯》杂志上。

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