我国科学家揭开地球深处的秘密，世界教科书或将改写

我们所居住的地球是一个岩质行星，无论是海洋还是陆地，都由比较致密和坚硬的地壳所覆盖，从现有的技术来看，我们人类还很难穿透地壳来直接认知地球的内部特征。截至目前，人类钻探地球到达的最深处，也不过12公里多一点，其中最著名的当属前苏联于1970年在科拉半岛钻探的一个钻井，深度最终定格在12263米。不过这一深度并非是人类钻探地球最深的，俄罗斯于2011年，在库页岛上钻探一口油井，深度达到了12345米，这一纪录目前仍然未被打破。                                 

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' N8 t$ @+ q3 F- V& l( l' {这个深度，对于现在的科学技术来说，已经非常困难了，不过与地球陆地地壳的平均深度33000米相比，差距还相当得大。

而地壳又是地球内部圈层中厚度最小的一部分，所以仅靠钻探的手段来获取地球内部的构造特征，根本是不可能实现的。对于地球内部结构的认识，人类主要是通过间接的手段，即根据地球在发生地震时，人们所监测到的地震波在传播过程中，其中的纵波和横波的不同变化特征推测而来。
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* h) ^4 L3 U- K5 U! k! w$ W    科学家们在监测到这种纵波和横波传播过程中的速度变化，得出在地球内部存在着截然不同的介质，地震波受到不同介质的影响，其传播时一方面发生了不同的折射，另一方面速度分生分异，在此基础上，科学家们推测地球的内部结构，特别是克罗地亚科学家安德烈-莫霍罗维奇发现了地壳和地幔的边界，即莫霍面；德国科学家本诺-古登堡测定出了地核界面，即古登堡不连续面，在此基础上，人们将地球从外到内的结构，明确为由地壳、地幔和地核三大部分。

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    在诸多科学家们研究的基础上，人们逐渐认知到了地球的内部这三大结构的厚度以及物质组成特征，这个结论也被写入世界各国的教科书。在这些教科书中，除了有关地球内部的主要结构以外，还包括了对地球内核状态的推测，即地球的内核，主要由内层和外层构成，其中内层由固态的铁镍物质组成，外层则由液态的铁镍物质所包裹。

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  ^2 _  d" j' C: i0 _2 `    随着研究的深入，科学家们又了解到地球内核的温度和压力都非常高，其中温度在4000-7000摄氏度之间，压力平均能达到350万个标准大气压。然而，在这么高的温度和压力下，科学家们后来研究出一个令人感到不可思议的现象，那就是，地球内核的平均密度，要比理论上由纯铁镍构成的内核密度要小，之所以出现这样的情况，只能有两个方面的可能性，一个是之前关于地球内部结构的推测有问题，另一个就是地球内核的组成物质中包含着之前不被人们掌握的“轻元素”，从而拉低了内核的平均密度。
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& k. J7 H, W) N# |; i& q  A    在破解这一疑问的过程中，我国的科学家们独辟蹊径，利用海量的监测数据，借助计算机模拟技术，通过无数次的模拟论证，提出了一个新的观点，指出地球的内核并不是之前人们推测的那样是由固态的铁镍所构成，而是由一种特殊的超离子态物质所构成。这项研究成果，近期发表在《自然》杂志上，引发了全球科学家们的广泛关注。
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那么，什么是超离子态物质呢？


    在自然界中，我们常说的物质有三种状态，即固、液和气态。随着科学研究的逐步深入，科学家们认为，以上三种物质存在状态，已经不能满足对物质状态的定义了，有些物质的形态和特性，上述哪三态都与之对不上号，比如等离子态、液晶等。其中，在固态和液态物质之间，科学家们发现了一种全新的物质存在形态，那就是超离子态。这种形态物质的主要特征，就是物质的一部分离子可以像液体一样自由地流动，而另外一部分离子就像“骨架”一样，起到支撑物质结构的作用。最初发现物质这一形态的是美国科学家，于1988年发现水在高温及超高压的状态下可能形成超离子态。
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    中国科学院地球化学研究所地球内部物质高温高压重点实验室的研究团队，通过计算机模拟地球内核处的温度和压力环境，并对六方相铁-氢、铁-碳和铁-氧等多种合金物质在这样环境中的物质形态进行了模拟分析，结果发现在这些合金中，铁原子呈现非常有序的排列状态，构建出了呈固态性质的铁晶格，而合金中的其他轻元素，则呈现出无序的状态，像液体一样在铁晶格中扩散运动。
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. h" h/ @, v2 s6 X: y" i    与此同时，研究团队还对上述超离子态的合金弹性性质以及地震波的传播速度进行了模拟分析，发现上述超离子态物质受到离子扩散和晶格的非谐振动影响，可以引发地震波横波的传播速度出现明显下降，这一结果与实际的观测结果相符。
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    因此，我国科学家们认为，地球的最内核，实质上可能不是由固态的铁镍物质所构成，而是由铁的相关合金物质以超离子态的状态体现。这一研究成果，既解决了实际观测过程中地球内核平均密度比原先认为的要小的问题，同时也解决了地球内核地震横波传播速度较慢的问题。
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    这一结论如果进一步得到证实，世界各国关于地球内部结构的教科书或许就将改写，这对于人类真正认知和掌握地球内核的结构、组成和演化，对于地球内部结构与地球磁场的关系等，都具有重要意义。
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