地球的核心和地幔以一种无序的方式分开

地球的核心和地幔以一种无序的方式分开。

地球的地幔是怎样的?

地球经历了多次大的撞击;高压和温度条件造成了地核和地幔分区的部分，这种划分在化学上是不同的。

信贷:尼尔·班尼特

根据卡内基和史密森学会的一组科学家在《自然》杂志上发表的新研究成果，从火山热点上的地幔涌起的炽热岩石的羽流中有证据表明，地球的形成年份可能比之前认为的更加混乱。

人们很清楚地知道，地球是由围绕着年轻太阳的物质形成而形成的。最终，这颗行星长到如此大的尺寸，使铁金属下沉到内部，形成了地球内核的开端，使硅酸盐丰富的地幔漂浮在上面。

但卡内基的Yingwei Fei、Carnegie和史密森学会的Colin Jackson领导的一个小组的新研究表明，这种地幔和核心分离并不是一个有序的过程。

杰克逊解释说:“我们的研究结果表明，当内核从地幔中提取出来时，地幔从未完全混合。”“这是令人惊讶的，因为核心形成发生在地球在其生长过程中经历的其他早期太阳系物体的巨大撞击之后，类似于后来形成月球的巨大撞击事件。”在此之前，人们普遍认为，这些能量巨大的撞击将完全搅动地幔，将其所有成分混合成一个统一的状态。

带领团队进行假设的确凿证据来自于在夏威夷等火山热点地区发现的独特而古老的钨和氙同位素特征。尽管人们认为这些羽毛起源于地幔的最深处，但这些独特的同位素特征的起源一直存在争议。研究小组认为，答案在于碘的化学行为，即氙的母体元素，在很高的压力下。

同位素是有相同数量的质子的元素的版本，但中子数不同。元素的放射性同位素，如碘-129，是不稳定的。为了获得稳定，碘-129衰变为氙-129。因此，地幔柱状地幔样品中的氙同位素特征与岩芯-幔分离时期的碘的行为有直接关系。

利用钻石安维尔细胞重建了地球核心与地幔分离的极端条件，杰克逊、菲和他们的同事——卡内基的尼尔·贝内特和芝雪·杜和史密森尼的伊丽莎白·科特雷尔——决定了碘是如何在金属核和硅酸盐地幔之间划分的。他们还表明,如果新生的核心分开最深的地区地幔虽然仍在增长,那么这些地幔的口袋会拥有所需的化学解释独特的钨和氙同位素签名,提供这些口袋保持纯粹的与其它地幔通过今天。

根据班纳特的说法:“我们发现的关键行为是，在高压和高温下，碘开始溶解到核中。在这些极端条件下，碘和铪，会对氙和钨产生放射性衰变，显示出相反的对成核金属的偏好。这种行为会导致与热点相关的独特同位素特征。

研究小组的计算还预测，钨和氙同位素特征应该与地幔的致密部分有关。

杰克逊解释说:“就像饼干面糊里的巧克力脆片一样，这些厚重的衣袋将会非常困难地翻动，这可能是将他们的古代钨和氙同位素印记保留到现代的一个关键因素。”

“更令人兴奋的是，有越来越多的地球物理证据表明，地幔实际上有密集的区域，位于核心之上，即所谓的超低速度区和大的低剪切速度区。”这项工作将这些观察联系在一起。“这里开发的方法也为直接研究深层地球过程提供了新的机会。”

这项工作得到了国家科学基金会、卡内基科学研究所和史密森学会的支持。