四川大學(xué)地球物理研究室與北京高壓科學(xué)研究中心及美國科學(xué)家攜手，重新對地球固態(tài)內(nèi)核的年齡進行估計，測算出其年齡介于10億到13億年之間。最新研究發(fā)表于《物理評論快報》雜志。

團隊歷時兩年，通過將激光加熱的鐵樣品在兩個金剛石砧之間擠壓從而創(chuàng)造出類似于地球核心的環(huán)境，研究人員表示，這一年齡位于此前13億至45億年估計年齡譜的較小端;但又比最近一項僅5.65億歲的估計大一些。更重要的是，最新研究有助于科學(xué)家確定地核的熱流量，以及為“地球發(fā)電機”提供動力的能量來源。

研究者四川大學(xué)張友君副教授解釋稱，地球的核心主要由鐵構(gòu)成，分為固態(tài)內(nèi)核和液態(tài)外核。高溫的鐵地核通過熱傳導(dǎo)向地幔中傳遞熱量，因此地核的熱導(dǎo)率是確定地核許多屬性包括內(nèi)地核如何形成以及“地球發(fā)電機”如何驅(qū)動的關(guān)鍵。“地球發(fā)動機”則是指帶電的富鐵液態(tài)外核的運動產(chǎn)生了地球磁場。

張友君說：“外核液態(tài)金屬流動，溫度和壓力差異產(chǎn)生電流，再加上地球旋轉(zhuǎn)，可制造大規(guī)模的‘發(fā)電機效應(yīng)’。地球發(fā)電機是維持地球磁場的機制，而地球磁場能保持指南針的指向，并保護生命免受有害宇宙射線的侵害。”

新測得鐵在地核環(huán)境下的熱導(dǎo)率低于最近研究估值的30%至50%，但這足以改變科學(xué)家們對地球年齡和地球發(fā)電機的認(rèn)識。研究表明地球發(fā)電機主要包括熱對流和成分對流這兩種不同的能量來源和機制維持。在地球初期，地球發(fā)電機僅靠熱對流維持;在地球內(nèi)核形成至今，這兩種機制共同作用并且同樣重要。

“本研究在實驗和理論上共同確定了地核主要成分鐵在地核環(huán)境下的電熱輸運性質(zhì)，解決了近20年來關(guān)于地核熱傳導(dǎo)性質(zhì)的爭議”，張友君如此強調(diào)。

研究合作者、德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的林俊孚教授說：“地球在太陽系中獨一無二，因為它擁有磁場并宜居，我們的結(jié)果有助于科學(xué)家厘清為什么太陽系內(nèi)其他行星沒有磁場。”

研究人員表示，由于地核中除了主要組成成分鐵外，還有約10%的輕元素，接下來他們計劃進一步確定這些輕元素會對地核的熱傳導(dǎo)和地球發(fā)電機產(chǎn)生什么影響。隨著對電熱輸運認(rèn)識的改進，研究人員可以更精確地估計地球內(nèi)核的年齡。

據(jù)悉，本研究得到了中國國家自然科學(xué)基金、美國自然科學(xué)基金，以及四川大學(xué)雙一流高校建設(shè)的資助。

總編輯圈點

地球目前是人類在宇宙中的唯一家園，我們對她足夠了解嗎?未必。以這項研究為例，不同研究得出的地球固態(tài)內(nèi)核年齡不同，說明該問題在科學(xué)家之間仍存在一定爭議。類似的深層次科學(xué)問題還有很多，有的沒有答案，有的只是假說，有的仍無定論。所以，當(dāng)人類探索足跡不斷邁向宇宙深處的同時，我們也需要更多地關(guān)注地球深處，探索藏在我們腳下的科學(xué)奧秘。