研究发现地球表面的水到达地核形成独特薄层 从而改变了地核的成分

研究发现地球表面的水到达地核形成独特薄层从而改变了地核的成分图示由于水引起的化学反应，硅晶体从地球外核的液态金属中流出。资料来源：DanShim/美国科学院大学一个由亚利桑那州立大学科学家沈丹（DanShim）、金泰贤（TaehyunKim）和地球与太空探索学院的约瑟夫-奥罗克（JosephO'Rourke）组成的国际研究小组揭示，来自地球表面的水可以渗透到行星深处，改变金属液体内核最外层区域的成分，形成一个独特的薄层。他们的研究成果于11月13日发表在《自然-地球科学》（NatureGeoscience）杂志上。研究表明，数十亿年来，地表水被下降或俯冲的构造板块输送到地球深处。在到达地表下约1800英里的地核-地幔边界时，这些水引发了深刻的化学作用，改变了地核的结构。地球内部示意图，显示了俯冲水和上升的岩浆柱。在俯冲水与地核的交界处，发生了化学交换，在最上层的外核形成了富氢层，而在地幔底部则形成了致密的二氧化硅。资料来源：延世大学地核-地幔边界的化学相互作用Shim和他的团队与韩国延世大学的YongJaeLee一起，通过高压实验证明，俯冲水与地核材料发生了化学反应。这种反应形成了富氢、贫硅层，将最顶部的外核区域改变成薄膜状结构。此外，反应生成的二氧化硅晶体上升并融入地幔。据预测，这种经过改造的液态金属层密度较小，地震速度降低，与地震学家绘制的异常特征相一致。"多年来，人们一直认为地核与地幔之间的物质交换很小。然而，我们最近的高压实验却揭示了不同的情况。我们发现，当水到达地核-地幔边界时，会与地核中的硅发生反应，形成二氧化硅。"这一发现以及我们之前观察到的水与铁液中的碳在极压下发生反应形成钻石的现象，都表明地核与地幔之间的相互作用更为活跃，表明存在大量的物质交换。这一发现推进了我们对地球内部过程的了解，表明全球水循环比以前认识到的更为广泛。改变了的地核"薄膜"对连接地表水循环和深层金属内核的地球化学循环有着深远的影响。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1398165.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1398165.htm

一个地下海洋？科学家发现地球深处有水

一个地下海洋？科学家发现地球深处有水地球上层和下层之间的边界层被称为地幔过渡带。它位于地表下410至660公里之间。橄榄绿色的矿物橄榄石约占地球上层地幔的70%，在过渡区高达23000bar的极端压力下，其晶体结构发生变化。在大约410公里的深度，在过渡带的上边缘，它变成了密度较大的瓦茨利石，而在520公里的深度，它转变为密度更大的林伍德石。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1328979.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1328979.htm

对熔岩的研究表明地球地心正在泄漏

对熔岩的研究表明地球地心正在泄漏虽然我们似乎满足于把氦气吹进气球来浪费它，但氦气在地球上却相对稀少。为什么呢？你的第一直觉可能是对的--氦气真的会飘浮到大气层的上层，通常会逃逸到太空中。然而，在地球地幔和地核的地下深处却有一些氦的储量，这是当地球从一个孕育了太阳的星云中形成时留下的遗迹。在这项新研究中，来自加州理工学院和世界卫生组织科学研究所的研究人员对加拿大巴芬岛的熔岩流进行了调查，之前的研究小组在那里发现了氦-3的痕迹，氦-3是氦的一种同位素，在地球上尤为罕见。果然，科学家们发现，氦-3与更为常见的氦-4之比高于地球上的其他任何地方，比大气中的比例高出67倍。地球地幔似乎是罪魁祸首，但科学家们说，这与他们检测到的氦、锶、钕和铅的特定同位素比值不符。相反，他们的证据表明，地核是最可能的来源。当然，要确认地核是否向地表泄漏了这些氦，还有更多的工作要做。但研究小组表示，如果这是真的，那么该地区的其他物质也应该来自地核，这可以为科学家们提供一个宝贵的视角，来观察地球上由于显而易见的原因而难以研究的部分。这项研究发表在《自然》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1391751.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1391751.htm

地球的隐藏客人：地幔深处的奇异球体是古行星的遗迹

地球的隐藏客人：地幔深处的奇异球体是古行星的遗迹地球深部地幔中的大型低速区（LLVPs）可能是忒伊安地幔物质的遗迹。20世纪80年代，地球物理学家有了一个惊人的发现：在靠近地球中心的深处发现了两块大陆大小的异常物质，一块位于非洲大陆下方，另一块位于太平洋下方。每个圆球的大小是月球的两倍，其组成元素的比例可能与周围的地幔不同。这些奇怪的圆球通常被称为LLVP，这是从哪里来的呢？由加州理工学院研究人员领导的一项新研究表明，它们是数十亿年前一颗古老行星与地球发生剧烈碰撞的残留物，那次巨大的撞击也创造了我们的月球。这项发表在11月1日《自然》杂志上的研究还为另一个行星科学之谜提出了答案。长期以来，研究人员一直假设月球是在地球和一颗被称为忒伊亚的小行星之间的巨大撞击之后产生的，但在小行星带或陨石中从未发现忒伊亚的踪迹。这项新研究表明，忒伊亚的大部分被年轻的地球吸收，形成了低纬度地区，而撞击产生的残留碎片则凝聚成了月球。这项研究由O.K.Earl博士后学者、地质学和地球化学埃莉诺和约翰-R-麦克米伦教授保罗-阿西莫（PaulAsimow，93年硕士，97年博士）和约翰-E-和海泽尔-S-斯米茨地球物理学教授兼克拉伦斯-R-艾伦领导讲席教授、加州理工学院地震学实验室主任、加州理工学院施密特软件工程学院院长迈克尔-古尼斯（MichaelGurnis）领导。科学家通过测量穿越地球的地震波首次发现了LLVPs。地震波以不同的速度穿过不同的物质，在20世纪80年代，首次发现了地球结构深处的大规模三维变化。在最深的地幔中，地震波模式主要由靠近地核的两个大型结构的特征组成，研究人员认为这两个结构具有异常高的铁含量。铁含量高意味着这些区域的密度高于周围环境，导致穿过它们的地震波速度减慢，因此被称为"大型低速层"。2019年，地球物理学家出身的QianYuan参加了亚利桑那州立大学教授米哈伊尔-佐洛托夫（MikhailZolotov）举办的关于行星形成的研讨会。佐洛托夫提出了巨型撞击假说，而Qian则指出月球含有相对丰富的铁元素。佐洛托夫补充说，目前还没有发现一定与地球相撞的撞击物的痕迹。"就在米哈伊尔说没有人知道撞击器现在在哪里之后，我有了一个'尤里卡时刻'，意识到富含铁的撞击器可能已经转化成了地幔球，"Qian说。Yuan与多学科合作者一起模拟了忒伊亚的化学成分及其撞击地球的不同情况。模拟结果证实，碰撞的物理学原理可能导致了低地壳和月球的形成。忒伊亚的部分地幔可能已经融入地球本身，并最终凝结成块，结晶在一起，形成了今天在地核-地幔边界可以探测到的两个不同的圆球；碰撞产生的其他碎片混合在一起，形成了月球。影响和未来研究既然发生了如此剧烈的撞击，为什么忒伊亚的物质会聚集成两个不同的圆球，而不是与其他正在形成的行星混合在一起呢？研究人员的模拟结果表明，忒伊亚撞击产生的大部分能量都留在了地幔的上半部分，使得地球的下地幔比早期分辨率较低的撞击模型估计的温度要低。由于下地幔并没有被撞击完全熔化，忒伊亚撞击产生的富铁物质在向地幔底部移动的过程中基本保持了完整，就像熄灭的熔岩灯中的彩色石蜡块一样。如果下地幔的温度更高（也就是说，如果它从撞击中获得了更多的能量），它就会更彻底地与富铁物质混合，就像搅拌过的颜料罐中的颜色一样。下一步将研究地球深处早期存在的忒伊亚异质材料会如何影响我们星球的内部过程，如板块构造。阿西莫说："LLVPs是忒伊亚残余物这一观点的一个合乎逻辑的结果是，它们非常古老。因此，接下来研究它们对地球最早的演化产生了什么影响是有意义的，比如在适合现代板块构造的条件出现之前，俯冲就已经开始了，第一块大陆的形成，以及现存最古老的陆地矿物的起源。"新研究解答了行星科学中两个长期存在的谜团：地核附近神秘的巨型"圆球"物质是什么，撞击地球产生月球的行星发生了什么？加州理工学院的一项新研究表明，那颗古老行星的残骸仍在地球内部，从而解释了地核-地幔边界附近"圆球"的起源。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1393815.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1393815.htm

研究人员发现巨大小行星撞击地球产生大陆的新证据

研究人员发现巨大小行星撞击地球产生大陆的新证据新研究发现了迄今为止证明地球上的大陆是由巨大陨石撞击而成的最有力证据，在我们星球45亿年历史的前十亿年左右，这种撞击非常常见。科廷大学的研究人员进行了这项研究，相关论文已于2022年8月10日发表在《自然》上。资料图据科廷大学地球和行星科学学院的TimJohnson博士介绍称，大陆最初在巨大的陨石撞击地点形成的想法已经存在了几十年。然而直到现在，还没有什么坚实的证据来支持这一理论。Johnson博士表示：“通过检查来自西澳大利亚皮尔巴拉克拉通的岩石中矿物锆石的微小晶体，其代表了地球上保存最完整的古代地壳遗迹，我们发现了这些巨型陨石撞击的证据。研究这些锆石晶体中氧同位素的组成揭示了一个‘自上而下’的过程，从地表附近的岩石熔化开始向更深处发展，跟巨型陨石撞击的地质效果一致。我们的研究提供了第一个确凿的证据，这表明最终形成大陆的过程始于巨大的陨石撞击，类似于造成恐龙灭绝的陨石撞击，但它发生在数十亿年前。”Johnson博士认为，了解地球大陆的形成和持续演变是至关重要的，因为这些陆地承载了地球上大部分的生物量、所有的人类以及地球上几乎所有的重要矿藏。“更重要的是，这些大陆承载着关键的金属如锂、锡和镍，这些商品对新兴的绿色技术至关重要，而这些技术是我们履行缓解气候变化的义务所必需的，”Johnson博士继续说道，“这些矿藏是一个被称为地壳分化过程的最终结果，该过程始于最早的陆地的形成，皮尔巴拉克拉通只是其中之一。跟地球上其他地区的古大陆地壳有关的数据似乎显示出与跟西澳大利亚所认识到的模式相似。我们希望在这些古老的岩石上测试我们的发现，看看是否如我们所猜测的那样，我们的模型更广泛地适用。”...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1304175.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1304175.htm

地球深处的二氧化碳在气候变化中的作用可能比以前的假设更大

地球深处的二氧化碳在气候变化中的作用可能比以前的假设更大地球上绝大部分的碳被埋在其内部。这些深层的碳影响着地表附近的碳的形式和浓度，这反过来又会影响地质时期的全球气候。因此，评估有多少碳存在于地下数百公里的深层水库中是很重要的。"现有的研究集中在地球表面以上或接近地球表面的碳物种。然而，地球上90%以上的碳储存在地壳、地幔、甚至地核中，这一点却鲜为人知，"潘教授解释说。利用物理学中的第一原理模拟，他的团队发现，二氧化碳在地球深层碳循环中可能比以前认为的更加活跃，这在很大程度上影响了地球深层和近地层储层之间的碳传输。研究发现，将二氧化碳和水封闭在合适的纳米多孔矿物中可能会提高地下碳储存的效率。它表明，在碳捕集与封存工作中，将二氧化碳与水一起在纳米封存下变成岩石提供了一种安全的方法，可以将碳永久地封存在地下，并且返回大气的风险很低。这些发现最近发表在国际学术期刊《自然通讯》上。"将二氧化碳溶于水是一个日常过程，但它的普遍性掩盖了它的重要性。它对地球的碳循环有很大的影响，它深深地影响着地质时期的全球气候变化和人类的能源消耗，"潘教授说。"这是理解极端条件下二氧化碳水溶液不寻常的物理和化学特性的重要一步。"以前的研究集中在散装溶液中的溶解碳的特性。但是在地球深处或地下碳储存中，水溶液通常被限制在地球材料的孔隙、晶界和裂缝中的纳米级，空间限制和界面化学可能使溶液有根本的不同。含碳流体可以深达数百公里，这是不可能直接观察到的。在实验上，在地球深处发现的极端压力-温度条件下测量它们也是非常具有挑战性的。潘教授是该大学物理学和化学的副教授。该团队还包括博士生NoreStolte和RuiHou。他们进行了模拟，以研究二氧化碳在水中的反应，在纳米封存中的反应。他们将由石墨烯（石墨的一个原子层）和stishovite（一种高压SiO2晶体）纳米密封的碳溶液与溶解在散装溶液中的碳溶液进行比较，发现二氧化碳在纳米密封中的反应比在散装中更大。这项研究为研究地球深处水中更复杂的碳反应铺平了道路，例如钻石的形成、非生物基因石油的起源，甚至是深层生命。作为研究的下一步，该团队希望探索碳是否会进一步反应形成更复杂的分子，如有机物。潘教授开发并应用计算和数值方法，从第一原理理解和预测液体、固体和纳米结构的特性和行为。在高性能超级计算机的帮助下，他的团队为与可持续发展相关的紧迫和基本科学问题寻求答案，如水科学、深层碳循环和清洁能源。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1337767.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1337767.htm