新测量结果有助于解释在内核形成前，地球是如何维持磁场的。图片来源：C. BICKEL/SCIENCE

本报讯 利用一项在极端压力下测量熔融铁温度的新技术，研究人员发现地核的温度可能比此前认为的低1000摄氏度。这或许有助于解开一个长期存在的谜题，即地球磁场是如何在今天为其提供动力的固态内核形成前存在数十亿年的。

相关研究成果7月17日在国际地球化学学会和欧洲地球化学协会于加拿大蒙特利尔联合举办的哥德斯密特大会上公布。

“我们发现的温度比其他人得出的结果低得多，但要让其他人信服估计得花些工夫。”领导该研究的美国卡内基科学研究所的Michael Walter说。

地核的大小与火星相当，主要由铁组成。从结构上看，它由一个熔融态的外核包裹着月球大小的固态内核。这颗行星的磁场是由外核中液态铁的搅动产生的，至少已存在了40亿年。如今，驱动地球磁场的能量主要来自内核的缓慢凝固。这一过程会向上方的液态铁释放出热量和轻质元素。但一些关于地球冷却历史的模型表明，内核在5亿多年前才开始形成，这便产生了所谓的“新核悖论”，即在内核出现前的35亿年间，地球磁场是如何维持运转的。

答案取决于地球深处的情况。由于内核是固态的，所以它的温度一定不会高到足以让它在巨大的压力下熔化。因此，在类似地核的压力下确定铁的熔点，是估算地核温度的最佳方法之一。而许多估算结果认为地核温度超过5726.85摄氏度。

在这项研究中，Walter和同事花了5年多时间设计出一种新的测量方法。与之前的实验类似，他们利用金刚石砧（两颗金刚石对顶挤压产生高压的实验装置），将微小的铁样品加压至接近200万个大气压，这相当于地球外核的压力。但研究人员并没有用激光加热铁，而是以微秒间隔施加电脉冲，从而获得了更好的控制。此外，他们并未寻找铁熔化的迹象，而是寻找一个关键的温度停滞点。当额外的能量用于熔化铁而不是使其升温时，就会出现这种温度停滞。

研究团队发现，在内核边界的压力下，纯铁的熔点应在4146.85至4946.85摄氏度之间，比先前的估算低1000摄氏度左右。Walter说，大部分的不确定性源于将外核压力下的测量结果外推至内核边界处。对混入地核的轻质元素进行修正后，估算的温度进一步降低，中心估计值为4010.85摄氏度。

随后，研究人员将这些较低的熔化温度，连同他们对铁在该压力下导热能力的估计，输入地球热演化模型中。Walter说，他们发现，仅依靠地核冷却，就可在地球历史的大部分时间里为地磁“发电机”提供动力，直至5亿多年前，内核开始凝结为固态。“我们的数据使得仅靠热力驱动的地磁‘发电机’的存在更具说服力。”

更低的温度还有另一层意义。地核与地幔的边界温度也比此前认为的要低。Walter说，这将导致该区域的岩石更难熔化，从而可能挑战一些理论，比如位于地核顶部的巨大团块是由熔融岩石构成的理论，这些理论是通过地震波在地球深部异常缓慢的传播速度来识别的。

英国伦敦大学学院的Dario Alfe曾帮助确立了较高的地核温度。他表示，新的测量结果将重新点燃一场被认为已基本尘埃落定的讨论。（徐锐）