地核的未解之谜

作者: 王清晨

来源: 《物理》杂志

发布日期: 2015-05-03

本文探讨了地核的未解之谜,包括地核的温度、成分、性质以及地核发电机的工作机制等问题。朱日祥院士在报告中介绍了地核研究的最新成果,并引发了与会专家、学者们的热烈讨论。讨论内容涉及地球形成演化的好奇与疑问,以及科学研究方法的疑惑与思考,强调了实践在科学研究中的重要性。

从“天问”到“地问”,此诗句出自我国古代爱国主义诗人屈原的《离骚》,既是屈原一生追求理想的写照,也是人类探索科学历程的缩影。好奇是人类的天性,也是科学研究的源动力,正是人类的好奇心驱动了科学的发展。随着人类社会的不断进步,科学逐渐被融入生产力中,对社会发展起到不可替代的推动作用。

大家都知道,人类生活所需的煤、石油、天然气等化石能源和各类金属、非金属矿产的形成都是板块运动的产物,而岩石圈板块运动的驱动力就来自地核外层。地核的活动形成了强大的地球磁场,有效地保护大气圈免受太阳风的侵蚀,进而保护了我们人类。然而,关于地核至今尚有许多未解之谜。如:地核的温度是多少?地核的成分是什么?地核的性质如何?地核为什么具有复杂的各向异性?地核的电导率和热导率是多少?

诸如此类的问题依然困惑着地球科学家们。

朱日祥院士长期从事地球物理学基础理论和实验研究,在极性转换期间地磁场形态学、地质时期地磁场古强度变化与地球深部过程的相关性、以及沉积盆地古地磁定年等领域取得了系统的创新性的成果。他论证了地磁极性倒转频率与地磁场强度呈负相关性。

此外,在国内主持创建了集成岩石磁学、古地磁学和地磁场古强度研究的综合实验室,开拓了新的实验技术和方法,把古地磁学的研究范畴拓展到认识地球内部过程。朱老师的报告妙语连珠,以“地核中的困惑”为题,深入浅出地介绍了关于地核研究的最新成果,引发了大家的浓厚兴趣。

地核是怎么发现的?作为地球科学的一个分支,地球物理学是20世纪迅速崛起的一门年轻学科,物理学得到非常广泛的应用,尤其是地震学的发展,使我们逐渐认识到地球内部的结构与性质。

地球内部的热状态是认识地球本体和研究关乎人类生存的资源、能源、灾害及环境变化的基本地球物理场之一。在原始地球分异过程中,温度起着决定性作用。甚至可以说,整个地球的发展史就是地球的热演化史。

大约在1887年,著名的英国物理学家LordKelvin依据地球表面附近的温度梯度推算出,地球的年龄约为4亿年。他还计算过,如果没有额外的热源,再过几百万年地球就会冷下来。Kelvin的计算显然与实际有很大出入。根据现代的地球科学研究,地球的年龄为46亿年,并且还会有50亿年的寿命。那么,地核究竟有多热?朱老师针对这个问题介绍了近年来国际上关于地核温度的研究进展。

报告还指出,综合利用地震波和地球自由振荡等观测数据,我们已经初步了解了地球内部速度和密度的分布情况,并可进一步推导出地球内部不同圈层的压强、重力加速度等参数。这些参数将有助于我们推测地核的成分。我们今天已经知道,外地核的密度为10—12g/cm3,内地核的密度约为13g/cm3。

朱老师在报告中指出,实际上,地核中还存在诸多未解之谜。例如:通过地震波的研究表明,内核具有高泊松比和低剪切波速。内核的泊松比为0.44,类似于橡胶和铅,而其剪切波速只有3km/s,比铁的剪切波速(5km/s)低了40%。这是什么原因造成的?2007年,Belonoshko通过经典分子动力学研究认为,内核的低剪切波速是由晶体缺陷造成的,该成果发表在Science上。

朱老师在报告最后总结说,关于地核的困惑主要集中在三个方面:地核的物质组成是什么?该组成物质在地核高温高压下的晶体结构、各种物理性质是什么样的?具有该物理性质的物质在地球内部是如何运动的?真可谓,“上天不易,入地更难”。我国科学家“上天”已经取得了很好的成绩,揭开“地内”的秘密同样是我们的梦想。但这对地球科学家真是有点难啊!

物理学在地核的探索研究中已经得到非常广泛的应用,它的每一项进展,不管是实验技术,还是理论计算,都将极大地推动我们对地核的认识。最后,他热切地期待跨界交流与合作,希望大家能给些好建议,提高人类对地核的认知水平。

朱日祥院士的报告引发了与会专家、学者们的热烈讨论。大家时而竞相争先诘问,时而三五成群热议,讨论内容既包括了对地球形成演化的好奇与疑问,又包括了对科学研究方法的疑惑与思考。

探讨中涉及最多的内容是“实践出真知”,要点如下:关于地球内部的许多认识都是来自陨石的、天文的、地磁的资料,很多资料都是货真价实的,都是真实的数据、第一性数据,剩下有两种东西虚无缥缈,一个是温度,一个是压力。如果这两个基本状态参数只是靠一堆数学方程去套、去算,尽管能在Nature,Science上发表一些文章,但真理在哪儿?按照各种数学逻辑推出来的结论是数学家认为的真理,是不是物理学家的真理呢?

物理学家和材料学家看到的真理,可能跟数学家的真理完全不是一回事。按照实践是检验真理的标准,什么东西看着了或者测着了,这才是真理的标准。

UUID: 257b757c-6e1d-4997-b350-59b912b7e790

原始文件名: /home/andie/dev/tudou/annot/AI语料库-20240917-V2/AI语料库/中科院之声公众号-pdf2txt/2015/中科院之声_2015-05-03_地核的未解之谜.txt

是否为广告: 否

处理费用: 0.0102 元