臺北市立天文科學教育館

日本研究小組首次成功測量純鐵在模擬地球內核邊界壓力下的震波速率。人們可以往下挖掘幾公里，或火山和板塊運動可以從幾百公里的深處把物質帶上來，但在6,000公里的地底下，到底是什麼，目前還不太了解。

一般認為，地表以下3,000公里左右的地核大部分主要成分是鐵，外核由液態鐵組成，圍繞著固態鐵的內核。我們主要是利用地震波在地球內部傳播的過程中密度和震波速度的變化來了解地球的組成。由於地核的組成物質不僅含鐵，還存在其它元素，顯然透過純鐵的模擬並不能反映真實的情況。這些未知物質是什麼，可能有多少，都是可積極研究之領域，因為對理解地球目前的性質和太陽系的演化有影響。

日本東北大學、日本理研研究所（the RIKEN SPring-8 Center）、日本同步輻射研究所等合作團隊，首次成功測量純鐵在相當於地球內核邊界壓力330 GPa（等同於一個人在1mm單位面積承受3.3萬噸的壓力）下的震波速度。經過多年的努力，研究人員能夠有效地將金剛石砧（Diamond anvil cell）技術與一種稱為非彈性X射線的散射技術結合起來，可用於產生高壓，以達到與地核相當壓力的技術。該技術使科學家能夠使用X射線觀察物質中的原子運動，並且在金剛石砧座中靜態壓縮下準確測量金屬震波速度的唯一方法。

圖說：本實驗中使用的金剛石砧座：(A)對稱金剛石砧座，(B)金剛石砧座示意圖。橙色圓圈是對應於(C, D)的區域：(C)為金剛石砧的頂部圖像，(D)對應於(C)的金剛石砧截面。

研究人員指出，地震學中內核的壓縮波速度比金屬鐵慢4±2％，剪切波速度慢 36±17％。本研究指出地核可能富含矽和硫，這與現有的外核模型一致。研究已發表在2022年11月25日的《自然通訊》期刊上。（編譯／吳典諺）

資料來源：Tohoku University