卡内基的费英伟和王林开发的一项新技术提供了对形成地核的物质下降到地球深处的过程的新见解，留下了长期以来让科学家们感到困惑的地球化学痕迹。他们的工作由Science Advances发表。
地球是从年轻时围绕太阳的尘埃和气体盘中吸积而成的。随着时间的推移，地球从较小的物体成长起来，最致密的物质向内下沉，将地球分成不同的层——包括富含铁的金属地核和硅酸盐地幔。
“地核和地幔的分离是地球地质史上最重要的事件，”费解释说。“外核中的对流为地球磁场提供动力，保护我们免受宇宙射线的伤害。没有它，我们所知道的生命就不可能存在。”
我们星球的每一层都有自己的成分。虽然核心主要是铁，但地震数据表明，一些较轻的元素，如氧、硫、硅和碳，溶解在其中并被带到地球的中心。同样，地幔主要由硅酸盐组成，但几十年来，其所谓的“亲铁”或嗜铁元素的浓度一直让科学家们感到困惑。
“了解物质通过这些层迁移的机制，并识别这一过程的任何残余，将提高我们对地核和地幔在其历史上相互作用的各种方式的认识，”Wang 补充说。
在实验室中，卡内基的科学家们使用重型液压机(例如用于制造合成钻石的液压机)将材料样本置于高压下，以模拟地球内部的条件。这使他们能够以微型方式重建地球的分化过程，并探索地核形成的不同可能方式。
使用这些工具，Wang 和 Fei 开发了一种新方法来追踪样品中形成核心的液态金属向内迁移时的运动。他们表明，就像水通过咖啡渣过滤一样，在早期地球上发现的动态条件下，铁熔体可能已经穿过一层固体硅酸盐晶体之间的裂缝——称为晶界——并交换了化学元素。
Wang 和 Fei 认为，早期地球的剧烈环境实际上创造了将地幔变成一个巨大的“倾倒”咖啡机的环境，允许液态金属通过相互连接的网络渗透。他们分析了渗滤过程中的化学交换。他们的结果将解释留在地幔中的喜铁元素，阐明了一个长期存在的地球化学问题。
展望未来，Wang 和 Fei 相信他们的新技术普遍适用于研究其他岩石行星，并有助于回答更多关于发生在其内部深处的 地核和地幔相互作用的问题。
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