中国科学技术大学研究团队发现，地球内核自诞生以来一直在向地幔和地表泄漏古老物质，证实地幔物质处于持续动态演化中。
在约45亿年前，幼年地球就像一个炽热的炼狱。全表覆盖着岩浆海洋，不断喷发致命气体，同时还遭受着早期太阳系各类天体碎片的剧烈轰击。经历漫长演化后，这颗星球逐渐冷却沉寂，孕育出丰富的生命。然而在其深处，接近太阳表面温度的熔融金属内核依然保持着炽热形态。
这个深藏地下的巨型动力炉，数十亿年来始终在向外输送化学信号。在宇宙三分之一的漫长岁月中被封存的古老成分，正源源不断地穿透地表。其中就包括从形成太阳的原始气体尘埃云中吸收的氢元素。这些氢元素从内核渗出后进入地幔和地皮，以矿物结合水的形式存在。
来自中国科学技术大学的研究团队在《科学进展》期刊上发表了最新研究成果。科学家们长期以来一直试图厘清一个核心难题：深层地幔中的化学差异，究竟是早期岩浆海洋结晶过程留下的历史遗迹，还是内核与地幔在漫长岁月中持续进行物质交换的证据？
为了解答这个问题，研究人员采用了基于机器学习增强的路径积分模拟技术，从量子力学层面探讨了分子和原子的运动规律。由于氢元素质量极轻，具有显著的量子效应，团队重点追踪了氘与普通氢的比例变化，以此检验轻质氢是否通过上升的熔融地幔柱渗透到了地表。
模拟结果显示，在早期岩浆海洋的结晶过程中，矿物与熔体之间的分馏作用相当微弱。无论初始水含量高低、压力和温度如何变化，结晶过程都会形成一个氢同位素分布基本均匀的原始地幔。其根本原因在于早期的剧烈环境极其混沌，巨大的能量使得氘与氢根本无法被有序地分拣归类。
既然早期结晶无法解释地幔中的同位素差异，那么物质交换就成为了唯一合理的解释。位于加拿大努纳武特地区的巴芬岛以及冰岛等地的海洋岛屿玄武岩，为地芯的物质渗透提供了关键证据。这些岩浆源自地核与地幔交界处附近的上涌流，带出了形成太阳系时的原始氢元素。这些从内核逃逸出来的轻质氢丰富了地幔，并降低了该区域的氘氢比例。
除了氢元素之外，氦同位素和钨同位素也提供了重要线索。来自宇宙大爆炸和原始太阳星云的氦3同位素，与上层地壳放射性衰变产生的氦4同位素形成了鲜明对比。海洋岛屿玄武岩中较高的氦3与氦4比例，证实了内核气体的不断释放。此外，在结晶初期沉降于内核的重金属钨同位素，如今也搭乘上升的地幔柱重返地表。
这三种化学成分构成了地底深处的特殊组合，有力地证明了地球内核自诞生以来一直在泄漏物质。研究团队指出，现代深层下地幔的氢同位素特征并非早期分化留下的简单残余，而是贯穿地球演化全过程的内核地幔动态交换的结果。
原文：https://www.sciencealert.com/earths-core-is-leaking-all-sorts-of-materials-that-have-been-trapped-since-our-planets-birth