地球磁場會阻止來自太空（包括太陽在內(nèi)）的有害高能粒子抵達(dá)地球，從而對地球起到保護(hù)作用，使地球成為了一個宜居的星球。地球的磁場來源於地球中心的核心。然而，對地核的研究是非常難以進(jìn)行的，部分原因是由於它的起始深度約為2900千米，如此深的深度使得我們無法對其進(jìn)行取樣和直接調(diào)查。
在一篇發(fā)表於Geochemical Perspective Letters的論文中，一個國際合作的研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了一種獲取地核資訊的方法。
一個高溫?zé)挭z
地核是地球上最熱的部分，外核的溫度就已經(jīng)超過了5000℃。這必然會影響覆蓋在核心之上的地幔，據(jù)估計，50%的火山熱量來自地核。
從地殼到地核的地球結(jié)構(gòu)
火山活動是地球主要的冷卻機(jī)制。某些火山活動可能與地核有關(guān)，比如在夏威夷和冰島上仍在形成的火山島，因為地幔柱會將熱量從地核轉(zhuǎn)移到地球表面。
然而，一個幾十年來一直爭論不休的話題是，在地核和地幔之間是否存在物質(zhì)交換？
新的發(fā)現(xiàn)表明，一些地核物質(zhì)確實會轉(zhuǎn)移到地幔柱的底部，而在過去的25億年裡，地核一直在向外洩漏這些物質(zhì)。這一點是通過測量在鎢（W）元素的同位素比例上出現(xiàn)的微小變化而發(fā)現(xiàn)的。
為了研究地核，研究人員從深部地幔形成的火山巖中尋找地核物質(zhì)的化學(xué)示蹤劑。我們知道地核有非常獨特的化學(xué)成分，主要由鐵和鎳以及溶解在鐵鎳合金中的鎢、鉑，還有金等元素組成。因此，這些親金屬合金的元素是研究地核痕跡的優(yōu)異選擇。
尋找鎢的同位
鎢元素具有74個質(zhì)子，它有幾種不同的同位素，包括鎢-182（含108個中子）和鎢-184（含110個中子）。鎢的這些同位素可以成為確定地核物質(zhì)的最確鑿示蹤劑，因為按照預(yù)計，地幔裡的鎢-182與鎢-184的比值比地核中要高得多。
這是由於地幔中富含另一種地元素鉿（Hf），它不溶於鐵鎳合金，而且還具有一種目前已不存在的同位素鉿-182，這種同位素會衰變?yōu)殒u-182。這導(dǎo)致相比於地心，地幔會獲得額外的鎢-182。
但是，檢測鎢的同位素變化是一項極其艱難的挑戰(zhàn)，因為鎢-182與鎢-184比值的變化量級為百萬分之幾，而且?guī)r石中鎢的濃度只有億分之幾。全世界能進(jìn)行這種分析的實驗室不超過5個。
洩露的證據(jù)
新的研究表明，在地球的一生中，地幔中的鎢-182與鎢-184的比值發(fā)生了顯著的變化。在地球上最古老的巖石中，鎢-182與鎢-184的比值遠(yuǎn)高於現(xiàn)代地球上的大多數(shù)巖石。地幔中鎢-182與鎢-184的比值變化表明，地核中的鎢長期洩漏到地幔中。
有趣的是，在地球上跨越了18億年時間的最古老的火山巖中，地幔中的鎢的同位素並沒有發(fā)生顯著變化。這表明從43億年前到27億年前，很少甚至幾乎沒有物質(zhì)從地核中轉(zhuǎn)移到了上地幔。但在隨後的25億年裡，地幔中鎢的同位素組成便發(fā)生了明顯的變化。研究人員推斷，在太古宙末期，板塊構(gòu)造發(fā)生了變化，從大約26億年前開始，觸發(fā)了地幔中足夠大的對流氣流，因而改變了所有現(xiàn)代巖石中的鎢同位素。
為什麼會洩漏？
如果地幔柱是從地核與地幔的邊界上升到地幔表面的，那麼由此推斷，地球表面的物質(zhì)也必然會沉降到深部地幔中。我們用俯衝作用來描述地球表面的巖石進(jìn)入到地幔，作為板塊構(gòu)造的一個組成部分，這個過程會將地表的富氧物質(zhì)帶入深部地幔之中。
鎢的同位素比值在地核與地幔中的區(qū)別，顯示了地核的物質(zhì)如何洩漏到地幔柱中
實驗表明，地核與地幔邊界的氧濃度的增加導(dǎo)致鎢從地核中分離出來並進(jìn)入地幔。另外，地球內(nèi)核的凝固也會增加地球外核的氧濃度。在這種情況下，新的研究結(jié)果可以給我們提供一些與地核演化有關(guān)的資訊，例如地球磁場的起源。
最開始時，地核中完全是液態(tài)金屬，隨著時間的推移，它一直在冷卻並導(dǎo)致部分凝固。磁場是由地球的固體內(nèi)核的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的。而地球內(nèi)核的結(jié)晶時間是地球科學(xué)和行星科學(xué)領(lǐng)域中最難回答的問題之一。新的研究為研究地核與地幔之間的相互作用，以及研究地球內(nèi)部的動力學(xué)變化提供了一種示蹤劑，這將有利於增進(jìn)我們對地球磁場是如何以及何時開啟的理解。
