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地球核心

地球核心由内核和外核组成，内核是固态的铁镍合金，厚度约为公里；而外核是液态的铁镍核心，厚度约为公里。长久以来，地质学家认为，地球的内核大约在10亿年前形成。由于温度下降，当时地球中心的熔融液态金属开始自发地快速结晶生长，一直达到现在半径约为千米的范围。不过，最近一项研究提出了“地球内核的成核悖论”，表明此前有关地球内核的形成理论存在矛盾。

地球内核的成核悖论

在过去80多年来，科学家已经知道，一个结晶的地球内核是存在的。但凯斯西储大学的科学家指出，这种被广泛接受的观点忽略了一个关键点，只要考虑到这个关键点，就会暗示地球内核不应该存在。

众所周知，在一定压强下，物质的温度必须小于等于它的凝固点温度才能保持固态。但事实证明，最初从液态金属中形成晶体时需要额外的能量。这种额外的能量就是成核能垒，只有克服这种能垒，液体才有可能结晶。然而，最初有关地球内核的形成模型却没有考虑到这一因素。

异相物质可以作为成核点

为了克服成核能垒来形成晶体，液体的温度需要低于凝固点，形成“过冷”的状态。或者在液体中加入一些其他物质，使其成为成核点，这样可以降低成核能垒，从而更容易结晶。

该研究的主要作者之一StevenHauck教授表示：“此前，包括我们在内的所有人似乎都忽略了这个大问题——液态金属不会立即开始结晶，除非有什么东西能够大幅降低能量位垒。”

然而，在地球中心的巨大压力下，金属的成核能垒相当高。内核的温度高达开氏度，压力则高达地球大气压的多万倍。在这种高压下，为了使内核结晶，需要使液态金属的温度低于凝固点（或者熔融温度）多达度。如果地球中心达到了这个温度，那么几乎整个地核都应该迅速结晶，但实际上却没有。事实上，地球的温度每10亿年才降低度，所以不可能出现度的大幅降温。

熔融的铁

因此，如果地核是均相液体，那么，固态的内核就应该不存在，因为它不能过冷到这种程度。那么，如果地核不是均相液体，它又是如何演变成这样的呢？这就是地球内核的成核悖论。

地球固态内核的可能形成原因

如上所述，液体结晶要么需要过冷，要么需要成核剂，前者在地核中是不可能的，只有后者才是有可能的。研究团队认为，大块的固体金属从地核上方的地幔中慢慢掉下来，进入液态地核以降低成核能垒，从而引发结晶。不过，这需要一块大如一座大型城市的金属块，只有足够大的重量才能穿过地幔，进入地核，使其成为成核点，而不会完全熔化。

地球的内核是固态的

对此，另一位科学家VanOrman教授表示：“如果真的是这样，我们需要弄清楚这到底是怎么发生的。此外，行星核心中是否存在一些我们此前所未曾想到过的一般特征，可以使其克服成核能垒？固态的地球内核是存在的，现在我们要弄清楚它究竟是如何形成的。”

目前，这项研究已经发表在《地球与行星科学快报》（EarthandPlanetaryScienceLetters）上。

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