我国科学家发现地球内核物质新形态 ， 只有铁元素特殊 ， 难怪有磁场
地球内部是什么？很多朋友都知道地球由地壳、地幔、地核构成 ， 其中后两者都是炽热的熔岩 ， 但这些熔岩也是不一样的 ， 在地球的核心部位 ， 温度高达6000℃左右 ， 比太阳的表面还热 ， 最近科学家还发现那里的物质呈现超离子态 ， 并根据那里的物质形态揭开了地球磁场的来历之谜 。
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据《央视新闻》2月11日报道 ， 中科院地球化学研究所地球内部物质高温高压重点实验室的研究员李和平、何宇 ， 北京高压科学中心毛和光院士等人地球内部的物质形态获得了新的研究 ， 认为地核部位的物质主要呈现出超离子态 ， 这种状态下不同物质元素的活动性也是不同的 。 相关论文已经于2月10日发表在《自然》杂志上 。
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研究团队对地球核心部位的高温高压条件下对多种铁合金的性质进行了计算模拟 ， 结果发现地球内核物质并非以往认为的固态 ， 而是由固态的铁元素和流动的轻元素组成的超离子态 ， 其中几乎是只有铁元素的特性比较特殊 ， 因为它形成了超离子体的“骨架” ， 供轻元素在其间流动 。
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早在2017年开始 ， 我国中科院地球化学所就和北京高压科学中心团队合作构建了一个高度模仿地球内核的模拟体 ， 他们将化学性质最稳定的六方相（hcp）铁-氢、铁-碳和铁-氧合金作为计算模型 ， 发现在地核处高温高压条件下 ， 这些合金实质上转变成了超离子态 ， 并且还发现在超离子态合金中 ， 碳、氢、氧这些相对较轻的元素离子会在铁等重元素形成的“骨架”结构间隙中快速扩散 ， 明显表现出了流体的特征 。
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所谓超离子态 ， 是指物质在某种条件下形态介于固态和液态之间 ， 或者说兼有固态凝固和液态流动的特征 ， 这种状态的物质如同山石中流动的泉水一样 ， 或者说向血液在中流动一样 ， 一部分离子如液体一般快速运动 ， 而另一部分离子如“骨架”一般固定在物质结构中 ， 其自带电荷且具有导电性 ， 由于这种物质形态需要超强的高温高压 ， 而在行星的内部则存在这种条件 ， 因此研究团队认为这种物质形态可能广泛存在于行星级天体的内部 ， 地球的内部当然也很可能具备这种形态的物质 。
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论文第一作者何宇就指出 ， 有科学家在以往的研究中认为地球内核的密度要比钢铁的密度更低 ， 于是推测地球内核中应该存在不少较轻的元素 ， 但重元素与轻元素是以什么状态共存的还是个谜 。
【铁合金|我国科学家发现地球内核物质新形态，只有铁元素特殊，难怪有磁场】
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这是地球科学研究方面的新发现 。 此次研究团队在模拟实验中不但发现了地球内核物质的超离子态 ， 还发现在地球内核的压力和温度条件下 ， 轻元素离子在超离子态铁合金中的扩散系数和它在铁熔体“骨架”中的情况相当 ， 这表明轻元素的扩散性质并没有显著改变 ， 也更加说明轻元素的对流可能在地球内核中广泛存在 。
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实验模型同时还获得了固态-超离子态-液态转变相图 ， 证明了超离子态铁元素物质在熔点之上仍然保持固态 ， 存在过热态现象 ， 说明铁合金在内核温压下的稳定性 。
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我们知道地球有一个巨大的磁场 ， 一直从地球内部延伸到了地表之外至少7万公里处的地方 ， 那么这个磁场是如何形成的 ， 产生于哪里？其实还是没有完全解开的谜 ， 虽说一般认为磁场产生地球内部的铁镍内核 ， 但具体的状态和形成原因却并不清楚 ， 此次我国科学家通过解释地核处物质的超离子态 ， 也佐证了地球磁场的存在和形成原因 ， 超离子态中的铁元素物质构成的内核“骨架”如同一块巨型磁铁 ， 形成了保护整个地球大气层的磁场 ， 地球大气层是地球生命的存在基础 ， 所以包括我们人类在内的所有生命物种都得感谢地球内部的这些超离子态物质呢！
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参考资料：
《中科院之声（中国科学院官方账号）》2月10文章《地球内核超离子态物质研究获进展自然》
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