中国航空报讯：氧气是生命的关键物质 ， 是地球上最丰富的元素之一 。 然而 ， 在几乎由纯铁组成并处于极端高压和高温条件下的内核中 ， 氧气是否存在以及以何种形式存在仍然是一个未知数 。 现在 ， 科学家揭示 ， 富含铁的Fe-O合金在近300GPa的极端压力和超过3000K（约2726摄氏度）的高温下是稳定的 。 该结果证明了氧气可以存在于固体内核中 ， 这为进一步了解地核的形成过程和演化历史提供了关键的因素 。
这项研究由HPSTAR（高压科学与技术高级研究中心）的刘进博士和哥伦比亚大学的孙杨博士共同领导 ， 最近发表在《创新》杂志上 。
作为地球上最神秘的地方之一 ， 地球的固体内核处于地球上最极端的温度和压力环境中 ， 其压力超过300万个大气压 ， 温度接近太阳表面 ， 约6000K（约5726摄氏度） 。 由于内核远非人类所能触及 ， 我们只能从地震产生的地震信号中推断其密度和化学成分 。
目前 ， 人们认为内核中存在轻质元素 ， 但其类型和含量仍有争议 。 宇宙化学和地球化学证据表明 ， 它应该含有硫、硅、碳和氢 。 实验和计算也证实 ， 这些元素与纯铁混合 ， 在地球深处的高温高压条件下形成各种铁合金 。
然而 ， 与我们密切相关的氧 ， 通常认为被排除在内核之外 。 这主要是因为在地表或地幔环境中从未发现过富含铁成分的铁-氧合金 。 所有已知的铁氧化物中的氧含量都大于或等于50个原子百分比 。 尽管人们一直在试图合成具有富铁成分的氧化铁化合物 ， 但这种物质还从未被发现 。 地球的内部核心是如此“缺氧”吗？为了回答这个问题 ， 本研究进行了一系列的实验和理论计算 。
为了接近地心的温度和压力 ， 将纯铁和氧化铁放在两个钻石砧的尖端 ， 用高能激光束进行加热 。 经过多次尝试 ， 发现在220~260GPa和3000K以上 ， 铁和氧化铁之间发生了化学反应 。 X射线衍射分析（XRD）结果显示 ， 反应产物与纯铁和氧化铁的常见高温高压结构不同 。
使用遗传算法进行的理论晶体结构搜索证明 ， 富铁的Fe-O合金可以在大约200GPa下稳定存在 。 在这样的条件下 ， 新的富含铁的Fe-O合金形成了一个六边形的紧密堆积结构 ， 其中氧层被安排在铁层之间以稳定结构 。 这样的机制产生了许多密包排列 ， 形成了一个具有大构型熵的富含铁的Fe-O化合物大家族 。
【新研究显示地球的内部核心可能富含氧气】基于这一理论信息 ， 发现Fe28O14的原子构型与实验测量的XRD图案相匹配 。 进一步的计算表明 ， 富含Fe-O的相是金属性的 ， 与低压下的普通铁氧化物形成对比 。 电子结构取决于氧的浓度以及铁和氧层的排列 。 该合金的机械性能和热性能需要在未来进一步研究 。
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