地球核心的凝固與熔融 - 地球科學討論

過去一、二十年以來，地震學家對於內地核傳遞地震波速度的差異，所反映出內地核東西

與南北方向顯著不同的物理性質感到困惑。在最新的實驗與數值模擬結果中，推導出一個

在東西方向上持續進行凝固與熔融作用的內地核，可以解釋過去地震學上所觀測到的結果

我們知道由於越往地球中心壓力越大，提高了地核物質熔融所需要的溫度，使得地心附近

溫度不足以熔融地核的物質，因而形成了一個固態的內地核，被包圍在液態的外地核之中

。再加上地球的溫度持續下降，使得組成外地核的合金中，密度較大的鐵會漸漸凝固在內

地核表面。如此一來，在與內地核交界處的外地核底部，理應留下一層密度較小的液體，

但是根據地震波速度的觀測結果卻顯示，這裡有一層密度很大的液體存在。

除此之外，過去地震學家還發現地震波在內地核的南北方向上傳遞速度較快，在東西方向

上的速度則是較慢。而且內地核的東西兩側並不對稱，東側內地核傳遞地震波的速度較快

，地震波能量衰減的程度較大，且物質特性較為均一（不均向性較小）。這有可能是肇因

於鐵分子結晶構造的差異，也有可能是內地核的東西兩側構造本來就不對稱。但是這個問

題過去一直都沒有定論。

為了解決這些困惑，法國里昂大學的科學家Alboussière等人，在最新一期的自然期刊上

發表了最新的實驗結果與數值模擬。他們利用注入不同密度的鹽水，觀察鹽水槽中密度的

變化與分布。搭配內地核凝固與融化的動態模型數值模擬，推導出內地核的變動情形，最

後得到了一個相當令人難以想像的場景。


在地球的中心，外地核的地層，一股密度較大的液體擾動發生在內地核表層的西側，凝固

成為新的內地核。由於重力作用的關係，由於內地核的西側增加了質量，整個內地核於是

開始往東邊移動。當內地核往東移動時，東側固體的內地核物質相當於來到距離地表較近

，壓力較小的地區；因此內地核東側物質的融點降低，產生了熔融的作用，形成一層密度

較大的液體。

根據計算，內地核往東邊移動的速度大約是每年1.5公分。大約一億年後，整個內地核就

和今天完全不同了。相較於內地核目前的大小（半徑約一千兩百公里）和年紀（約十億年

）相比，內地核東西方向上的凝固與熔融速度大約快了數十倍。而當內地核在東西兩側進

行凝固與熔融作用的同時，它所造成外地核的物質對流作用，則是產生地球磁場的主要原

因。

截至目前為止，這仍然只是一個相當簡單的模擬。作者希望在未來能夠繼續探討地核中的

這個物質對流作用，是否會間接影響到地核之上的地函底部？又或者地函內的物質運動是

否會回過頭來影響地核內部？如此一來，才能讓我們對地球整體的運作，有更完整的認識

。

原始論文：

Bergman M. I., 2010, Earth science: An inner core slip-sliding away, Nature,

466, 697–698.Alboussière et al., 2010, Melting-induced stratification above the Earth’s

inner core due to convective translation, Nature, 466, 744–747

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