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地核深藏于地表2900km之下，其半径约 3470km，占据了整个地球 1/6 的体积和近 1/3 的质量。对于我们人来说，地核是地球中最遥不可及的一部分，向地球内部打钻比飞向外太空更具挑战性，宇宙飞船已经飞过了离地球200 多亿公里的太阳系边界，可是人类打过的最深的钻孔，离地表还不超过13km。再加上火山喷发也不可能将新鲜的地核样本带到地面，因此，迄今为止，我们还无法取得任何新鲜的地核样本，其内部结构和化学成分只能通过间接的手段来推断。
通过地震波提取地核结构的信息（图片来源：参考文献1）
科学研究表明，在地球形成初期，地核并没有分为固态内核和液态外核，那么，地核开始冷却的时间，就是地球内核的诞生时期，也是地球内核的年龄。但地核何时开始冷却的也是一个难题，因此多年来，关于地核的实际年龄一直存在多种混乱的答案，有学者认为是非常古老的45亿岁，也有学者认为是十分年轻的5.65亿岁。
（图片来源：自制）
为了解决这个难题，科学家们想到，可以模拟地核的冷却。我们已经清楚地核绝大部分是（超过 80%）由铁组成，同时还有部分（约占地核质量的 5%）镍，其余的是比铁轻的元素，比如氢，氧，碳，硅或硫。因此，如果我们研究出了铁的性质，也就相当于知道了地核的性质，便能推断出地核的年龄。对于研究地核来说，最重要的性质就是铁的热导率（传递热量的效率），它是确定地核许多属性的关键。
地核中的化学浮力（图片来源：参考文献1）
研究人员通过高温高压实验，在实验室条件下重现地核温度压力条件（压力约170 GPa，温度约3000 K），测得了铁的电阻率，进而计算出铁的热导率。在考虑了其他物质成分对铁的热导性的影响情况下，研究人员利用铁的热导率对地球内核的年龄做出更精确的估算，实验估算表明地球内核大约是在10～13亿年前形成的。
地核的热传导模式和能量平衡模型（图片来源：参考文献3）
同时，该研究也表明“地球发电机”（科学家认为磁场是通过地核中熔融的铁合金对流而产生的，称为地球发电机）是由两种不同的能量来源和机制维持的，即热对流和成分对流。有学者认为，在更早的时候，内核更小甚至不存在，因此成分对流要弱得多，热对流将在驱动早期地球发电机中起关键作用。也有学者认为，早期地核的另一种能量源自化学分化，如镁或氧的出溶，这也是早期地球发电机的驱动力。
这次研究的结果更偏向于第二种模式：由于在地核形成期间，地核的温度足够高，所以镁或氧进入地核以铁合金的形式存在。随着地核的冷却，它们变得过饱和，并在核幔边界（CMB）处以镁-硅-氧矿物（Mg-Si-O）的形式沉淀。这个过程可以在内核形成之前有效地提供成分对流，这将与热对流结合共同驱动早期的发电机。
地球发电机机制的图示（图片来源：Wikipedia）
地球是我们独一无二的家园，只有更清楚地认识她，才能更好地保护她。对地球内核年龄的测定，让我们对地球内部的结构有了更进一步的认识，也为地球磁场起源，地球内核的物理、化学变化有了更多的了解。而要想更加清晰地了解地球，还有很长的路要走，需要一代又一代科研人员继续努力，探索更多关于地球的奥秘。
参考文献：
1. 10000 个科学难题·地球科学卷 “10000 个科学难题”地球科学编委会. 北京: 科学出版社，2010
2. C. Patterson. Age of meteorites and the Earth, Geochim. Cosmochim. Acta, 10 (1956), pp. 230-237
3. Youjun Zhang et al., Reconciliation of Experiments and Theory on Transport Properties of Iron and the Geodynamo. Phys. Rev. Lett. 125, 078501 – Published 13 August 2020
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