地球核心已经“泄露”,时间长达25亿年,其中原因尚且无人知道( 二 )


这意味着当初像忒伊亚那样的小型天体带来的撞击基本可以去除大气中的所有氦气 。
如果这种清楚机制由内部沉积的撞击热驱动的帕克风构成 , 那么它会在撞击后的数百万年里继续从地球的系统中排出氦气 。
不过在此期间从内部的损失计量到底有多少还很难估计 , 因为它主要取决于岩浆海洋如何凝固 。
海洋底下的硅酸盐岩浆开始结晶 , 挥发物不会形成固相 , 并在残余的液体中富集起来 。

如果岩浆海洋向上凝固 , 就会像科学家预期想的那样 , 挥发物会逐渐集中在核心-地幔边界上方 。
在岩浆海洋表面附近 , 富含挥发物的熔体饱和 , 形成气泡核 。

通过这种方式形成的气泡增加了岩浆地块的浮力 , 从而推动地块更靠近地表 。
【地球核心已经“泄露”,时间长达25亿年,其中原因尚且无人知道】最终气泡将挥发物释放到大气中 , 同时湍流的大气风会扰乱岩浆表面 , 位额外的氦气逃脱提供了局部环境 。
简单来讲 , 逐渐向上活动的岩浆海洋凝固与地表混合相结合 , 它能从早期的地幔中提取相当一部分的氦3 。

不过 , 当时的地球并没有失去所有的氦3 , 它仍然保留着一部分稀有气体 。
只是这些气体还是会慢慢地从地球内部渗出 , 就像一个漏气的气球 。
而核心与地球的其他系统相比 , 它不会受到太大影响 , 因为它不参与板块构造循环 , 这也会导致氦气持续被释放 。
多样化的结果
而在相关研究中 , 科学家还发现地球核心的氦气泄露可以帮助解决地核、地幔之间是否存在物质交换 。
铪和金属钨是此次发现的一个突破点 。
研究人员从西澳大利地区的深层地幔渗出的地表岩石获得了样本 , 并且还有俄罗斯科拉超深钻探的数据 。

研究显示岩石中的钨含量表明它们从核心中泄露 , 地球上最古老的地幔岩石的钨同位素没有任何明显的变化 。
这说明地球在43~27亿年前这段时间里 , 地核到上地幔的物质交换几乎没有 。
不过在过去的25亿年里 , 地幔中的钨同位素又发生了很大变化 。
科学家认为这是地幔活动带来的板块俯冲作用 , 富含氧气的物质通过俯冲作用从地表被带入地幔深处 。
实验表明 , 核心-地幔边界的氧浓度增加会导致钨从核心中分离出来并被带进地幔 。

此外 , 科学家在建立模型时计算了氦-3在地球中吸气和脱气过程 , 氦3主要储存在地幔层 。
而在下地幔 , 最有可能的地方则是最新勘探到的大型低剪切速度区 。
这两块超大的地形结构似乎在地幔中保留了最原始的样貌 , 而它们的出现则和忒伊亚的大碰撞有关 。

研究中 , 科学家将现代氦3泄露率与氦同位素行为模型结合显示 。
地球核心大约有10太克 , 数量十分巨大 , 这表明地球是在高浓度气体环境中的太阳星云中形成的 。

气体交换模型在地球形成和演化过程中 , 内部的交换作用表明金属核心的存在为地球的其他部分提供了氦3 。
不过这些结果基于建模 , 因此结果并不是绝对的 。
科学家们表示 , 里面存在许多其他可能 , 这些假设以及不确定性 , 包括太阳星云相对于地球形成速度持续了多长时间等等 。
其他结果或许意味着 , 核心中的氦3可能比计算中的要少 。

总的来讲 , 科学家初步完成了演算 , 并大致了解了整个过程 。
但具体原因究竟是什么 , 目前还并不清楚 。 这种泄露未来会对地球造成怎样的影响 , 仍然不得知 。
要明白的是 , 地球核心的研究并不容易 , 至少得从2900公里的深度开始 。
人类目前的技术手段还达不到通过钻探就能解决问题 , 更多的是需要确切的样本 。
不过地球内部的氦-3存量应该也能维持很长一段时间 , 继续漏气还不算太糟糕 。

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