地球內核 正在移動與熔化
更新日期:2010/08/08 11:12 生活中心／台北報導
人類萬物身處的地球，地表以下5000公里之處的內核，有科學家無法解釋的奇怪作用力正在發生。理論上，內核會從它周圍熔化狀態的外核擷取鐵元素並使之結晶成固體。但是，這並不能解釋許多奇怪的觀測數據，除非真的是如同少數科學家假設的，「核心正在熔化中」。
根據現行理論，地球內核是個直徑1200公里的固體，絕大部分是由鐵元素所組成，大約是在數億年前地球內部開始冷卻而發生重的元素向內沈、輕的元素向外浮的分異作用過程中形成的，而且它還在不斷地緩慢成長中。
科學家認為內核會從外核擷取鐵的成分而愈來愈大，但是卻無法解釋內核與外核之間的邊界上，為何會存在一個稠密的液體層；因為，如果內核真的正在從外核擷取較重的元素，那麼這層液體層應該會因為較重元素被擷取走而變得比較輕。此外，這個假說也無法解釋地震波傳遞速度為何在內核的東側會比西側快。
根據法國里昂大學（University of Lyon）地球物理學家Thierry Alboussière等人的最新研究，地球核心的動態遠比科學家所想的還大，內核西側正不斷地擷取鐵元素並使之結晶，但東側卻正在緩慢熔化中；整個內核由西側向東側每年移動約1.5公分，使得每1億年左右，整個內核便會完成一次循環。而東側剛熔化成液體的物質因比外核的還重，理所當然會「沈」在外核之下；此外，既然西側在結晶而東側在熔化，兩側的震波速度當然會不同。
如果Alboussière等人的模型正確，那麼內核的確是在成長中，但它擷取鐵並使之結晶的速度，必須比熔化的速度還快。另外，由於內核運動會影響到外核，而熔化狀態的外核是地球磁場的來源，所以兩側不對稱的熔化態，必定會促使科學家重新思考地球磁場的運作方式。
有另一組科學家正嘗試利用地函來解釋地核古怪特性。他們認為地函中的環流會影響外核的環流，繼而又影響內核，這是個連鎖反應。雖然Alboussière等人的模型假說比較簡單，但有科學家認為，這兩個假說都是到目前為止看似最有力的假說，而且或許可並行存在，並不會互相違背排斥。
在地表下5000公里的地方，神秘的力量在聚集。科學家目前無法解釋目前地核的運動方式。理論上，地球內核應該在吸收外核的鐵，使其結晶成固態。但這無法解釋許多奇怪的現象——除非內核也在熔化。地核分為內核和外核，外核是融熔的液體金屬，內核是固態金屬。內核的直徑有1200公里，形成於數十億年前炙熱的地球開始冷卻，重金屬開始下沉之際。
此後 它開始緩慢增長，原因是它會從外核吸收和固化熔鐵。按理說，內核和外核的界限是涇渭分明，輕的液體在外層，重的固態金屬在內層。科學家主要是利用地震波了 解內核和外核的密度，他們發現了理論無法解釋的現象：地震波在內核的東部傳送要比西部快。根據發表在最新一期《自然》雜誌的報告， 科學家認為地核遠比過去認為的活躍得多。
法國里昂大學的地球物理學家Thierry Alboussière認為，地核的東部在緩慢分解，而西部則堆積了更多的鐵金屬。這個過程就像跑步車，固態鐵以每年大約5釐米的速度向東“運動”，到達 東部邊緣後熔化。根據這個速度，內核將花一億年時間循環一次。
原文如下:
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Melting-induced stratification above the Earth’s inner core due to convective translation
Thierry Alboussière1,2, Renaud Deguen1,3 & Mickaël Melzani1
1. Laboratoire de Géophysique Interne et Tectonophysique, CNRS, Observatoire de Grenoble, Université Joseph Fourier, Maison des Géosciences, BP 53, 38041 Grenoble Cedex 9, France
2. Université de Lyon, CNRS UMR5570, site UCB Lyon 1, 2 rue Raphaël Dubois, bâtiment Géode, 69622 Villeurbanne, Université Lyon 1, ENS de Lyon, France
3. Department of Earth and Planetary Sciences, Johns Hopkins University, Baltimore, Maryland 21218, USA
Correspondence to: Thierry Alboussière1,2 Email: thierry.alboussiere@ens-lyon.fr
Abstract
In addition to its global North–South anisotropy1, there are two other enigmatic seismological observations related to the Earth’s inner core: asymmetry between its eastern and western hemispheres2, 3, 4, 5, 6 and the presence of a layer of reduced seismic velocity at the base of the outer core6, 7, 8, 9, 10, 11, 12. This 250-km-thick layer has been interpreted as a stably stratified region of reduced composition in light elements13. Here we show that this layer can be generated by simultaneous crystallization and melting at the surface of the inner core, and that a translational mode of thermal convection in the inner core can produce enough melting and crystallization on each hemisphere respectively for the dense layer to develop. The dynamical model we propose introduces a clear asymmetry between a melting and a crystallizing hemisphere which forms a basis for also explaining the East–West asymmetry. The present translation rate is found to be typically 100 million years for the inner core to be entirely renewed, which is one to two orders of magnitude faster than the growth rate of the inner core’s radius. The resulting strong asymmetry of buoyancy flux caused by light elements is anticipated to have an impact on the dynamics of the outer core and on the geodynamo.
1. Laboratoire de Géophysique Interne et Tectonophysique, CNRS, Observatoire de Grenoble, Université Joseph Fourier, Maison des Géosciences, BP 53, 38041 Grenoble Cedex 9, France
2. Université de Lyon, CNRS UMR5570, site UCB Lyon 1, 2 rue Raphaël Dubois, bâtiment Géode, 69622 Villeurbanne, Université Lyon 1, ENS de Lyon, France
3. Department of Earth and Planetary Sciences, Johns Hopkins University, Baltimore, Maryland 21218, USA
Correspondence to: Thierry Alboussière1,2 Email: thierry.alboussiere@ens-lyon.fr
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