地球的核心和地幔以一種無序的方式分開

地球的核心和地幔以一種無序的方式分開。

地球的地幔是怎樣的?

地球經歷了多次大的撞擊;高壓和溫度條件造成了地核和地幔分區的部分，這種劃分在化學上是不同的。

信貸:尼爾·班尼特

根據卡內基和史密森學會的一組科學家在《自然》雜誌上發表的新研究成果，從火山熱點上的地幔湧起的熾熱岩石的羽流中有證據表明，地球的形成年份可能比之前認為的更加混亂。

人們很清楚地知道，地球是由圍繞著年輕太陽的物質形成而形成的。最終，這顆行星長到如此大的尺寸，使鐵金屬下沉到內部，形成了地球內核的開端，使硅酸鹽豐富的地幔漂浮在上面。

但卡內基的Yingwei Fei、Carnegie和史密森學會的Colin Jackson領導的一個小組的新研究表明，這種地幔和核心分離並不是一個有序的過程。

傑克遜解釋說:「我們的研究結果表明，當內核從地幔中提取出來時，地幔從未完全混合。」「這是令人驚訝的，因為核心形成發生在地球在其生長過程中經歷的其他早期太陽系物體的巨大撞擊之後，類似於後來形成月球的巨大撞擊事件。」在此之前，人們普遍認為，這些能量巨大的撞擊將完全攪動地幔，將其所有成分混合成一個統一的狀態。

帶領團隊進行假設的確鑿證據來自於在夏威夷等火山熱點地區發現的獨特而古老的鎢和氙同位素特徵。儘管人們認為這些羽毛起源於地幔的最深處，但這些獨特的同位素特徵的起源一直存在爭議。研究小組認為，答案在於碘的化學行為，即氙的母體元素，在很高的壓力下。

同位素是有相同數量的質子的元素的版本，但中子數不同。元素的放射性同位素，如碘-129，是不穩定的。為了獲得穩定，碘-129衰變為氙-129。因此，地幔柱狀地幔樣品中的氙同位素特徵與岩芯-幔分離時期的碘的行為有直接關係。

利用鑽石安維爾細胞重建了地球核心與地幔分離的極端條件，傑克遜、菲和他們的同事——卡內基的尼爾·貝內特和芝雪·杜和史密森尼的伊麗莎白·科特雷爾——決定了碘是如何在金屬核和硅酸鹽地幔之間劃分的。他們還表明,如果新生的核心分開最深的地區地幔雖然仍在增長,那麼這些地幔的口袋會擁有所需的化學解釋獨特的鎢和氙同位素簽名,提供這些口袋保持純粹的與其它地幔通過今天。

根據班納特的說法:「我們發現的關鍵行為是，在高壓和高溫下，碘開始溶解到核中。在這些極端條件下，碘和鉿，會對氙和鎢產生放射性衰變，顯示出相反的對成核金屬的偏好。這種行為會導致與熱點相關的獨特同位素特徵。

研究小組的計算還預測，鎢和氙同位素特徵應該與地幔的緻密部分有關。

傑克遜解釋說:「就像餅乾麵糊里的巧克力脆片一樣，這些厚重的衣袋將會非常困難地翻動，這可能是將他們的古代鎢和氙同位素印記保留到現代的一個關鍵因素。」

「更令人興奮的是，有越來越多的地球物理證據表明，地幔實際上有密集的區域，位於核心之上，即所謂的超低速度區和大的低剪切速度區。」這項工作將這些觀察聯繫在一起。「這裡開發的方法也為直接研究深層地球過程提供了新的機會。」

這項工作得到了國家科學基金會、卡內基科學研究所和史密森學會的支持。

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