地球外核富含硅的积雪正在上升

地表深处是外核，它由 2000 公里厚的液态铁合金层组成。尽管位于距地表 3000 公里深的地方，但它仍然影响着我们的地表宜居性，因为它是产生地球磁场的区域。

在最近发表在《自然》杂志上的一项研究中，包括亚利桑那州立大学的 Sang-Heon Dan Shim 和 Suyu Fu 在内的一组科学家完成了在高压和高温条件下铁氢合金液体中富硅晶体形成的实验观察预计为地球的外核。

水晶预报雪

晶体含有足够的硅，比液体轻，因此晶体会在液态铁金属中上升。

对于这个实验，主要作者 Fu，前亚利桑那州立大学博士后，现在东京大学担任日本科学促进会的博士后研究员和亚利桑那州立大学地球与太空探索学院的 Shim 和 Navrotsky 教授，与 Stella Chariton 和 Vitali Prakapenka，两者芝加哥大学的研究人员专注于他们的实验室观察，预测富含硅的晶体可能会在外核下雪，但不会下沉，而是会上升。

在这个实验中，铁硅合金在亚利桑那州立大学的氢气和氩气混合物中加载。然后将样品压缩到金刚石砧室中核心的预期压力。在保持高压的同时，样品被激光束加热到高级光子源的核心预期温度，高级光子源是美国能源部 (DOE) 用户设施，位于 DOE 的阿贡国家实验室，研究人员可以在那里监测结晶使用极其明亮的 X 射线束的金刚石砧座。

“在高压氢气中创造足够高的温度来熔化铁合金非常困难，”Shim 说。“原因是氢气可以扩散到金刚石砧座中并破坏它们并使实验失败。”

对于这个实验，Shim 补充说：“我们的团队开发了一种新方法，在金刚石砧座中将氢气与氩气混合。氩气不会与样品发生反应，但会抑制氢气扩散到金刚石砧座中，使我们能够在实验室中达到极端条件”

这种现象可以在金属地核和岩石地幔之间的边界处形成富含硅的雪堆，几十年来在地震成像研究中已经发现了许多神秘的精细结构。

“如果硅和氢是最外层核心中的两种主要轻元素，并且丰度适当，那么就会出现这种上升的富含硅的雪，”傅说。

事实上，在这些结构中，在核幔边界的核侧发现的核刚性区(几百米厚，在液态铁金属外核中具有类似固体的特性)可能是富含硅的雪堆。

如果对流地幔流能够捕捉到其中一些上升的富含硅的结晶雪，它们可能会在最下层的地幔中表现为地震速度非常低的精细结构，这可以解释几十年来地震研究中记录的超低速带地区。

傅说：“我们的研究还预测，富含硅的雪从最外层的核心区域开始，随着地球长期进一步冷却，可以发展到更深的深度。”

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