科学家发现地球中心存在一种全新的物质形态

《国家科学评论》发表的一项重大研究给出了有力解释。研究团队指出，地球内核并非像传统固体那样运动——相反，它处于超离子态，轻元素在稳定的铁骨架中流动，仿佛液体一般。这一发现重塑了我们对地球最深层的认知。

这项研究由四川大学的张友军教授、黄钰茜博士以及中国科学院地球化学研究所的何宇教授领衔。研究表明，在地球内核的极端条件下，铁碳合金会转变为超离子相。在这种环境中，碳原子在铁晶格中高速穿梭，极大地降低了合金的刚度。

张友军教授表示：“我们首次通过实验证明，在地球内核条件下，铁碳合金的剪切波速显著降低。在这种状态下，碳原子具有高度的流动性，它们在结晶铁骨架中扩散，就像孩子们在广场舞中穿梭一样，而铁本身则保持固态且有序。这种所谓的‘超离子相’极大地降低了合金的刚性。”

实验证据证实先前预测 尽管2022年的计算机模拟曾表明地球内核可能呈现这种奇特形态，但在实验室中证实这一点一直很困难——直到现在。研究人员利用动态冲击压缩平台，将铁碳样品加速至每秒7公里，实现了高达140吉帕斯卡的压力和接近2600开尔文的温度，从而紧密地复现了地球内核的环境。

研究团队将原位声速测量与先进的分子动力学模拟相结合，发现剪切波速显著下降，泊松比急剧上升。这些结果与地球内部记录到的意外“柔软”地震特性相符。在原子层面，数据显示碳原子在铁的有序结构中自由移动，在不导致晶格崩溃的情况下削弱了其结构。

塑造地球动力学的超离子内核 超离子模型不仅解释了长期存在的地震异常现象，还拓展了我们对内核如何影响地球内部过程的理解。轻元素的运动可能解释地震各向异性（即地震波速的方向变化），并可能在维持地球磁场方面发挥作用。

黄钰茜博士表示：“内核中的原子扩散是地核发电机先前被忽视的一种能量来源。除了热量和成分对流外，轻元素的类流体运动可能有助于为地球的‘磁引擎’提供动力。”

该研究还澄清了关于轻元素在极端压力下行为的争论。早期研究主要关注化合物或置换合金，而这项工作强调了间隙固溶体（尤其是含碳的间隙固溶体）在控制地核物理性质方面的关键作用。

科学家对地球中心看法的转变 张友军教授表示，这些发现标志着科学家对内核的解释发生了重大转变。他解释道：“我们正从内核的静态、刚性模型转向动态模型。”

其意义不仅限于地球。确认内核中存在超离子相还能增进我们对其他岩石行星和系外行星磁演化及热演化的理解。正如张友军教授所指出的：“理解这种隐藏的物质状态，让我们离揭开类地行星内部的秘密又近了一步。”

这项研究得到了国家自然科学基金、四川省科技计划以及中国科学院青年交叉团队的支持。