新研究表明地表水渗透到地球深处

几十年前，地震学家在地球金属液体核心中发现了一个速度较低的薄层。这层被称为 E' 层的起源一直是个谜。现在，地球科学家发现，来自地球表面的水可以渗透到地球深处，改变地核最外层区域的成分并形成 E' 层。

“地震研究表明，地球外核的密度比纯铁镍合金的密度低约 10%，”亚利桑那州立大学科学家 Dan Shim 及其同事说。

“为了解释这种密度不足，核心中需要大量的轻元素。”

“尽管地核中轻元素的确切组成仍有争议，但硅已被认为是一个重要的候选者。”

“然而，地核的密度不足不能仅用硅来解释。”

根据这项新研究，数十亿年来，地表水通过下降或俯冲的构造板块被输送到地球深处。

当这些水到达地表以下约 2,900 公里(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。

在高温高压激光加热金刚石砧室实验中，Shim 博士和合著者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。

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。

“多年来，人们一直认为地核和地幔之间的物质交换很小，”希姆博士说。

“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，当水到达核心-地幔边界时，它会与核心中的硅发生反应，形成二氧化硅。”

“这一发现，加上我们之前对水在极压下与铁液中的碳反应形成钻石的观察，表明了更加动态的核幔相互作用，表明存在大量的物质交换。”

研究结果发表在《自然地球科学》杂志上。