@ 2017.07.23 , 09:30

为什么地核是固态的?

为什么地核是固态的?
creidt:视频截图

有一个未解之谜,困扰了数代科学家:我们的地球里面,那个冥王星大小的地核,其外部是液态的,而内部是却是固态的金属。对,固态的——即使它的温度几乎和太阳表面一样高。怎么可能呢?瑞典科学家觉得自己找到了答案。

金属立方体

金属中的原子排列呈晶体结构。这种结构会随着温度和压力变化。在我们所知的常温常压下,金属原子会呈现我们所熟知的体心立方( body-centered cubic)结构——在这种经典的结构下,原子排列在立方体的八个角上和一个中心点上。在极端高压下,金属的结构则会变成所谓的密排六方晶格( hexagonal close-packed )结构,密排六方晶格中十二个金属原子分布在六方体的十二个角上。

为什么地核是固态的?
为什么地核是固态的?
credit:维基百科

你能想象吗? 地核的压力是地表压强的三百五十万倍。所以你觉得地核的金属晶体结构可能会是六方形。科学家也是这么想的:他们觉得方形结构是不可能存在于那种条件之下的。不过2017年2月的一份刊登出的报告提出了不一样的观点,来自瑞典斯德哥尔摩 KTH 皇家科技学院的科学家们,分析了大量的数据,得出了一个惊人的结论。

洗牌

研究人员使用大量的超计算机分析了三年前加州的 Livermore Lawrence 国家实验室的大量数据。他们发现,地核确确实实是个方形结构。在常规的温度(不是常温)下,方形结构是不稳定的,原子「平面」很容易滑动,脱离这个结构,于是金属就成液态的了。不过在地核这种极端环境之下,原子移动十分迅速,但它们之间的距离很近。所以,其实原子无处可跑。就像一节拥挤的地铁车厢,人在里面动,也只能是互相交换位置,总体的形状是不会变的。

「这个滑动的过程,有点像一副扑克牌洗牌,」共同作者 Anatoly Belonoshko 解释到。「即使洗完之后,每张牌的位置不一样了,但还是那一副牌。同样的道理,原子的位置变了,但原子的方形结构也不会变。」

这个理论不仅仅解释了为什么地核是固体的,还能够解释,为什么地震波当中,纵波比横波快。原子在方形结构中移动的时候,会给地核这个金属块增加「纹理」,这种纹理和木头上的纹理类似,会给地震波的传播带来偏向性。知道了些关于地球内部结构的知识,能够帮助我们预测未来会发生的事情。

本文译自 curiosity,由译者 Dkphhh 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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