地球表面的水潜入深处改变了地核的外层

几十年前，地震学家对这颗行星深处进行成像，发现了一个薄层，厚度仅超过数百公里。这层被称为 E prime 层的起源一直是个谜——直到现在。

一个国际研究小组，包括亚利桑那州立大学地球与太空探索学院的科学家 Dan Shim、Taehyun Kim 和 Joseph O'Rourke，发现来自地球表面的水可以渗透到地球深处，改变地球的成分金属液体核心的最外层区域并形成一个独特的薄层。由于水引起的化学反应，从地球外核的液态金属中析出二氧化硅晶体的插图。

他们的研究最近发表在《自然地球科学》上。

研究表明，数十亿年来，地表水已通过下降或俯冲的构造板块输送到地球深处。当这些水到达地表以下约 1,800 英里的地核-地幔边界时，会引发深刻的化学相互作用，从而改变地核的结构。

Shim 和他的团队与韩国延世大学的 Yong Jae Lee 一起通过高压实验证明了俯冲水与岩心材料发生化学反应。该反应形成富氢、贫硅层，将最顶部的外核区域转变为薄膜状结构。此外，该反应会产生二氧化硅晶体，这些晶体会上升并融入地幔中。预计这种经过修改的液态金属层的密度会降低，地震速度也会降低，这与地震学家绘制的异常特征一致。

地球内部的插图显示了俯冲的水和上升的岩浆羽流。在俯冲水与地核交界处，发生化学交换，在最顶部的外核中形成富氢层，在地幔底部形成致密的二氧化硅。图片由延世大学提供

“多年来，人们一直认为地核和地幔之间的物质交换很小。然而，我们最近的高压实验揭示了一个不同的故事。我们发现，当水到达地核-地幔边界时，它会与地核中的硅发生反应，形成二氧化硅，”Shim 说。“这一发现以及我们之前观察到的水与铁液中的碳在极压下发生反应形成钻石的现象。 ，表明核幔相互作用更加动态，表明存在大量的物质交换。”

这一发现增进了我们对地球内部过程的理解，表明全球水循环比以前认识的更广泛。改变的核心“薄膜”对于连接地表水循环与深层金属核心的地球化学循环具有深远的影响。

这项研究是由一个国际地球科学家团队在阿贡国家实验室的先进光子源和德国德意志电子同步加速器的 PETRA III 中使用先进的实验技术进行的，以复制核幔边界的极端条件。

该团队的成员及其来自亚利桑那州立大学的关键角色是 Kim，他作为访问博士生开始了这个项目，现在是地球与空间探索学院的博士后研究员;Shim是地球与空间探索学院的教授，他是高压实验工作的带头人;奥罗克是地球与太空探索学院的助理教授，他进行了计算模拟，以了解地核改变的薄层的形成和持久性。Lee 领导了延世大学的研究团队，其他成员还有先进光子源的关键研究科学家 Vitali Prakapenka 和 Stella Chariton，以及德国电子同步加速器的 Rachel Husband、Nico Giordano 和 Hanns-Peter Liermann。

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