教科書將被改寫? 科學家在地球深處發現了新結構, 組成尚不明確

很早的時候我們就知道地球像一顆巨大的洋蔥一樣，是由一層一層的結構包裹起來的，一直以來我們所知的結構分為四層：固態地核、液態外核、地幔和地殼。

其中地殼是地球的最外層，最深的地方有70公里，最淺的地方只有1。6公里，平均深度在30到40公里之間，所有的生命以及海洋和大氣都覆蓋在地殼之上。

點選載入圖片

地幔是地球最厚的一層，從地殼和地幔分介面向下延伸了大約2890千米，從地幔的最下層再往下2260公里就是我們常說的液態外核，這裡的物質保持著熔融的液態，溫度在5000攝氏度以上；

剩下的結構就是固態核心，深度達到了6370公里，這就是以往我們所知的地球結構，總共分為了四層。

點選載入圖片

但是發表在《地球物理研究》雜誌上的一篇論文指出，

科學家

在地球核心深處又發現了一個新的分介面，在這個分介面之上是我們以往認為的固態核心，主要有鐵和鎳組成；

在這個分介面之下物質結構發生了變化，組成成分尚不明確，但科學家猜測依然是以鐵為主的固態核心，從分介面到地球中心的距離約為650公里。

如果這個研究是正確的，那麼這項發現將改寫我們的教科書，地球不再只有四層，而是變成了五層，在固態核心之中還包含著一層不為人知的結構。

點選載入圖片

那麼科學家是如何發現這一層結構的？或者說科學家是如何知道地球一層一層的洋蔥結構的？

按照常理來說想要知道一個東西的結構，最簡單粗暴的辦法就是把它拆開來看一下，或者說是打一個貫穿物體的洞取出樣本就一目瞭然了。

研究地球結構也可以用這個辦法，但唯一的問題是地球實在是太大了，半徑足足有六千多公里，而且密度很大，想打穿地球可以說是人類的痴心妄想。

而且事實也證明了在地球上打洞是不明智的選擇，上世紀的美國和蘇聯都曾經在地球上打過鑽孔，美國計劃在海洋的底部鑽到地幔，最後因為技術和資金的問題只賺了幾百米就停止了。

點選載入圖片

蘇聯從1970年開始在西伯利亞深處的科拉半島鑽了24年，花費了大量的人力物力，最後只打出了一個一萬多米的鑽孔，雖然這是人類目前所創造的最深的人工孔洞，但這個孔對地球來說就像是人的面板被蚊子叮了一下一樣。

因此我們現在對地球內部結構的瞭解並不是直接研究的結果，而是透過地球演化理論和地球物理實驗間接獲得的結論。

地球演化

地球形成和演化的過程可以大致地告訴我們地球的結構。

點選載入圖片

我們知道在宇宙空間中像地球這樣的宏觀天體它的形成基本上只跟一種力有關係，那就是引力！在引力的作用下大量的物質發生快速的碰撞聚集，並且會在短時間內持續地釋放出巨大的引力勢能；

引力勢能的釋放就增加了物質的內能，因此地球在最初形成的時候，就是一顆完全熔融狀態的大火球。

其次還有另外一種由引力引發的現象，我們今天在地球上也常會看到，那就是重物下降，輕物上升，例如木塊就浮在水面上，而石頭會沉到海底，氫氣會逸散到太空，而像二氧化碳這種重氣體就會沉到大氣底部。

點選載入圖片

在熔融的地球上，這樣的現象也會不斷的發生，根據這個現象我們就能確定地知道，地球越往深處走，它的密度就不斷的上升；

這就是為什麼現在的地球大氣漂浮在海洋之上，海洋又漂浮在地殼之上，地殼漂浮在地幔之上，而地幔漂浮在地核之上。

因此根據地球形成和演化的歷史，我們就可以確定地球是一個有著不同密度組成的一層一層的洋蔥。

點選載入圖片

由於地球剛開始形成的時候是一顆大火球，因此我們也能知道，越往深處走地球內部的溫度會更高，如果現在的地球沒有完全冷卻的話，那麼在地球的內部應該還保留著熔融狀態的核心。

從地球擁有的磁場中我們也確切地知道這一點，如果沒有熔融的核心，地球是不會像一臺發電機一樣，不斷地產生磁場。

地球物理

透過地球演化的歷史我們大致就能知道地球內部的模樣，總結起來就是，地球內部的密度更高，不同的密度會形成不同的層次；地球內部溫度很高，甚至有熔融的液態層。

剩下的工作就是，我們需要確切地知道地球內部都有哪些分層，以及各個分層的深度組成成分等等這些資訊。

點選載入圖片

唯一能夠幫助我們實現這一點的就是火山活動和

地震波

。

透過火山活動噴發出來的物質，我們可以確切地知道地幔深處的物質成分，可以發現其中的物質比地殼含有更多的鐵以及鎂組成的矽酸鹽，密度要比地殼大，也驗證了我們之前的理論猜測。

透過地震波在地球內部的傳播速度變化（波在不同密度的物質中傳播的速度不同），我們就能知道地球內層的分層狀況。

地震波分為P波和S波。

點選載入圖片

P波為縱波也就是壓縮波，疏部和密部以此向外傳播，介質的震動方向和波的傳播方向一致，聲音就是透過這種形式在介質中傳播的。

點選載入圖片

S波是橫波，水面上激起的漣漪就是這種形成的波，介質的震動方向和波的傳播方向垂直。

當發生地震的時候，震源處產生的S波和P波會從一個點源向四周擴散，這些波在遇到不同的物質狀態或者是密度發生變化的時候，要麼無法透過，要麼發生偏轉折射；

分佈在全球各地的地震波檢測點就能透過收集這些波，透過波發生的變化，分析出它們從點源發射以後，都經過了哪些變化，從而知道地球內部的結構。

點選載入圖片

例如S波它不能透過液態物質，因此我們就能知道地球內部有個液態的外核，而且能夠知道這個液態外核的範圍；

P波在不同的密度中傳播的時候會發生折射，因此我們就能知道地球內部分層密度的變化，以及確切地知道密度變化發生的深度，也就是知道不同密度地層的分介面位置。

透過P波我們知道了，地殼和地幔有個密度變化的分介面，外核和核心有個密度變化的分介面。所以我們就大致地確定了地球的內部結構。

但是這個方法它不一定就非常準確且完善，畢竟這只是透過間接的方法所獲得的結果，因此關於地球內部真實的情況，我們還不是很瞭解。

就像是這次科學家透過研究地震波在地球內部的走時資料，採用了新的演算法就重新構建出了一個新的地核模型，發現在核心中還有一個新的分介面，在分介面之下地核的密度更高，鐵結構出現了細微的差異，這個新的分介面之下被稱為地球的“第五層”。

點選載入圖片

各種模型顯示地球中心的鐵結構發生了細微的變化，如圖中綠色核心區域內的黑色圓圈所示。

目前並不清楚其中的成分發生了哪些變化，未來科學家將會對這個新發現的分層金星更多的研究。

doi.org/10.1029/2020JB020545