一项新研究揭示，地球内核可能具有类似洋葱的层状结构

【中国观察2026年01月06日讯】
地球内核并非均匀分布，而是呈洋葱状层状结构，不同深度处的化学成分各不相同。硅、碳和铁的混合物可以解释长期存在的地震异常现象。

由于结晶铁合金沿特定方向排列，地震波沿地球自转轴传播的速度比沿赤道传播的速度快——这一现象已通过高压实验室实验得到证实。

研究人员利用金刚石压砧和 X 射线衍射技术，重现了地核条件（超过 100 万个大气压，820°C），证明铁-硅-碳合金会形成晶格择优取向 (LPO)，这与地震观测结果相吻合。

内核逐渐凝固，将较轻的元素（硅、碳）集中到外层，从而保留了地球形成和热历史的“化学记忆”。

地球化学分层地核会影响热流、外核对流以及地球磁场稳定性——这些都是决定地球与金星和火星相比是否适宜居住的关键因素。未来的研究将探索氧和硫的作用。
科学家们发现了地球核心化学分层的证据，解释了地震异常现象，并重塑了我们对地球最深处的认识。


地球深处，地核——一个承受巨大压力的实心铁球——可能比之前认为的要复杂得多。发表在 《自然通讯》上的一项突破性研究 表明，地球内核并非均匀的球体，而是具有类似洋葱的层状结构，不同深度的化学成分各不相同。

地震异常现象终于得到解释
几十年来，地震学家一直困惑于地震波为何在地核内部传播速度会因方向不同而有所差异——这种现象被称为各向异性。观测表明，纵波沿地球自转轴的传播速度比沿赤道平面的传播速度快3%到4%。更令人费解的是，这种各向异性在地核中心区域更强，而在外缘区域则较弱。


现在，德国明斯特大学的一个研究团队可能已经解开了这个谜团。通过在实验室模拟极端的地核环境，研究人员发现硅和碳与铁的混合物可以解释这些地震活动差异。他们的研究成果发表在 《自然通讯》杂志上。

实验室实验模拟了地核的极端条件。
由于钻探到地核是不可能的，研究团队利用金刚石压砧重现了地核环境，将微小的样本压缩到超过一百万个大气压的压力，同时加热到 820 摄氏度（1508 华氏度）。


他们利用德国PETRA III同步辐射装置的X射线衍射技术，分析了含硅碳铁合金在应力作用下的形变情况。关键发现是什么？这些合金形成了晶格择优取向（LPO），这意味着它们的晶体结构沿特定方向排列——这与地震学家从地震数据中推断出的结论完全一致。


“我们能够通过垂直于压缩轴的 X 射线衍射来解码 LPO，”该研究的主要作者 Efim Kolesnikov 博士说。

像洋葱一样的多层核心
实验表明，纯铁表现出强烈的各向异性，这与来自地核最深处的地震观测结果相符。同时，铁-硅-碳合金的各向异性较弱，与来自地核外层的数据一致。


这表明地球内核是逐渐结晶的，随着内核从中心向外凝固，硅和碳等较轻元素的浓度逐渐向外层集中。“在地球内核中观测到的深度依赖性各向异性模式可能是由于内核结晶后硅和碳的化学分层造成的，”研究人员总结道。


BrightU.AI的 Enoch 解释说，各向异性源于希腊语“an”（相反）和“isos”（相等），指的是材料或系统在不同方向上测量时表现出不同性质的特性。这一概念在自然界中普遍存在，并在物理学、材料科学和生物学等多个科学领域发挥着至关重要的作用。


各向异性材料或体系沿不同轴或方向测量时，会表现出不同的物理或化学性质。这种方向依赖性是各向异性的决定性特征。

对地球磁场和演化的影响
了解地核内部结构并非纯粹的学术研究，它具有重要的现实意义。地核在产生地球磁场中起着至关重要的作用，而地球磁场能够保护地球免受有害太阳辐射的侵害。化学成分分层的地核可能会影响液态外核中的热流和对流模式，进而影响地质时期内磁场的稳定性。


此外，这些地层就像一个隐藏的档案馆，保存着地球数十亿年来热演化和化学演化的线索。

未来研究方向
虽然这项研究为地核分层提供了令人信服的证据，但仍存在一些疑问。内核可能含有氧和硫等其他元素，而这些元素并未在本研究中进行测试。未来的实验需要探索这些额外成分如何影响地震活动。


随着科学家们不断改进地震模型和实验室技术，地球最深处的秘密——隐藏在其钢铁心脏中的秘密——可能很快就会被完全揭开。