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有读书笔记Evidence for an oxygen-depleted liquid outer core of the Earth

唐唐 添加于 2011-11-30 05:15 | 1890 次阅读 | 0 个评论

  •  作 者

    Huang H, Fei Y, Cai L, Jing F, Hu X, Xie H, Zhang L, Gong Z

  •  摘 要

    On the basis of geophysical observations, cosmochemical constraints, and high-pressure experimental data, the Earth’s liquid outer core consists of mainly liquid iron alloyed with about ten per cent (by weight) of light elements1, 2. Although the concentrations of the light elements are small, they nevertheless affect the Earth’s core: its rate of cooling, the growth of the inner core, the dynamics of core convection, and the evolution of the geodynamo3, 4. Several light elements—including sulphur, oxygen, silicon, carbon and hydrogen—have been suggested2, but the precise identity of the light elements in the Earth’s core is still unclear. Oxygen has been proposed as a major light element in the core on the basis of cosmochemical arguments and chemical reactions during accretion5, 6. Its presence in the core has direct implications for Earth accretion conditions of oxidation state, pressure and temperature. Here we report new shockwave data in the Fe–S–O system that are directly applicable to the outer core. The data include both density and sound velocity measurements, which we compare with the observed density and velocity profiles of the liquid outer core. The results show that we can rule out oxygen as a major light element in the liquid outer core because adding oxygen into liquid iron would not reproduce simultaneously the observed density and sound velocity profiles of the outer core. An oxygen-depleted core would imply a more reduced environment during early Earth accretion.

  •  详细资料

    • 文献种类: Journal Article
    • 期刊名称: Nature
    • 期刊缩写: Nature
    • 期卷页: 2011年  第479卷 第7374期 513-516页
    • ISBN: 0028-0836

  • 学科领域 自然科学 » 地球科学

  •  所属群组

    环境科学  

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    地核氧含量少于之前看法
    就像真的到地心一游一般，实验室里进行的实验正在帮助解决就连朱尔·凡尔纳(19世纪法国著名科幻作家)也无法解开的谜题：地核是由什么构成的。
     
    刊登在11月24日最新一期英国《自然》上的研究报告显示，氧在地核中所占百分比尤其少于科学家们之前的看法。美国华盛顿卡内基科学学会地球化学家、该报告的作者之一费英伟说，弄清地核所含物质有助于研究人员更好地了解地球在45亿年前是如何凝聚而成的。
     
    美国普林斯顿大学地球物理学家托马斯·达菲说，有关地核化学构成的激烈争论已经持续了近60年。他在研究报告所附评论中写道，然而，“这里所报告的研究工作表明，人们可能终于将要掌握这个问题的解决办法了”。
     
    在追踪地震波如何穿越地球内部，在遇到较大转移层时如何改变速度和方向的早期实验中，地球 物理学家们发现，地核由两层构成：固态的内核和液态的外核。两者主要由铁和少许的镍构成，但外核大约有10%是由其他物质构成，即硫、氧、硅、碳和氢等 “轻”元素。一些研究人员认为，氧一定是这些轻元素中含量最多的，而另一些科学家则倾向于硫。
     
    为了解决这个问题，费英伟及其同事做了两个主要成分为铁的样本。按重量计算，一个样本含有8%的氧和2%的硫，另一个样本含有2.2%的氧和5.3%的硫。随后，研究人员利用高压设备使冲击波穿过样本，令样本瞬间处于地球深处那种高压高温环境下。
     
    按照样本物质的密度以及声波穿越样本的速度来衡量，含2.2%的氧的样本与在地球深处观察到的特性更为吻合。进一步计算表明，外核仅含0.5%的氧也许更加接近现实情况。
     
    费英伟说，研究结果与近期一项理论研究结果相当吻合。这项研究认为，地核含有8%的硅、2%的硫和0.5%的氧。不过，8%的硅含量可能太高，无法解释地核的其他特性，如内核和外核的密度差异。（来源：新华网）
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