摘要：澳大利亚国立大学的地球物理学家利用先进的地震波分析技术，发现地球内核可能包含一个此前未知的最内层结构，这一发现可能彻底改写我们对地球内部构造的认知。研究团队通过分析数千个地震波传播模型，发现地球内核的铁晶体结构在不同深度呈现出截然不同的排列方式，暗示着地球在其

信息来源：https://www.sciencealert.com/scientists-detected-signs-of-a-structure-hiding-inside-earths-core

澳大利亚国立大学的地球物理学家利用先进的地震波分析技术，发现地球内核可能包含一个此前未知的最内层结构，这一发现可能彻底改写我们对地球内部构造的认知。研究团队通过分析数千个地震波传播模型，发现地球内核的铁晶体结构在不同深度呈现出截然不同的排列方式，暗示着地球在其45亿年历史中可能经历了两次独立的重大冷却事件。

这项发表在《地球物理研究杂志》上的研究成果挑战了传统的地球四层结构模型。长期以来，科学界普遍接受地球由地壳、地幔、外核和内核四个主要层次构成的理论。然而，新的证据表明，在地球最深处的内核之中，还隐藏着一个具有独特性质的"核中之核"。

研究主要负责人乔安妮·斯蒂芬森教授表示，这一发现具有革命性意义，可能需要重新编写地球科学教科书。内核虽然仅占地球总体积的1%，但其温度超过5000摄氏度，在理解地球磁场形成和演化过程中发挥着关键作用。新发现的最内层结构为解释地球历史上的一些重大地质事件提供了全新的视角。

地震波揭示的深层秘密

由于无法直接观测地球内部，科学家们主要依靠地震波在地球内部的传播特征来推断其结构。地震波在不同密度和成分的物质中传播速度不同，这种现象被称为各向异性。通过分析全球地震监测网络收集的数据，研究团队能够构建出地球内部的详细"CT扫描"图像。

研究团队使用了一种创新的搜索算法，对数千种可能的内核模型进行了系统性分析。他们将这些理论模型与国际地震中心几十年来收集的实际观测数据进行对比，寻找最符合实际情况的地球内部结构。

分析结果显示，在内核的不同层次中，地震波的传播特征存在显著差异。在外层内核中，地震波沿赤道方向传播时速度更快，而在最内层中，沿地球自转轴方向传播的地震波速度更快。这种传播模式的转变发生在距离地心约400公里的深度，对应着一个临界角度约为54度的边界。

这种地震波传播特征的变化反映了内核物质结构的根本性差异。研究表明，构成内核的铁晶体在不同深度具有不同的排列方式，这种结构上的差异直接影响了地震波的传播路径和速度。

双重冷却事件的地质意义

地震波穿过地球不同地层路径的差异。（Stephenson等人，《地球物理研究杂志：固体地球》， 2021年）

最内层内核的存在暗示着地球在其早期历史中可能经历了两次独立的重大冷却事件。这一推论基于这样的假设：内核的形成过程与地球整体的热演化密切相关，不同的冷却阶段会产生具有不同晶体结构的铁合金层。

第一次冷却事件可能发生在地球形成的早期阶段，当时地球从熔融状态逐渐冷却，开始形成固体内核。这个过程中，铁和镍等重元素向地心聚集，形成了最初的内核结构。

第二次冷却事件可能与地球历史上的某次重大地质变化有关，比如大规模的小行星撞击或者地幔对流模式的根本性改变。这次事件导致内核的外层部分重新结晶，形成了与最内层不同的晶体结构。

这种双重冷却假说为理解地球磁场的历史变化提供了新的线索。地球磁场是由外核中液态铁的对流运动产生的，而内核的结构变化会影响这种对流模式。一些地质记录显示，地球磁场在历史上确实发生过显著的强度变化和极性倒转，这些现象可能与内核结构的演化有关。

技术挑战与未来研究方向

地球内核实际上可能有两个不同的层。（alexlmx/Canva Pro）

尽管这项研究提供了令人信服的证据，但科学家们承认仍面临诸多技术挑战。首先是数据覆盖的不均匀性。由于地震发生的随机性和全球地震监测站分布的不平衡，某些区域的数据相对稀少，特别是极地区域的对跖点数据。

研究团队指出，缺失的数据降低了他们结论的确定性。为了获得更准确的结果，需要更多来自不同地理位置的高质量地震数据。随着全球地震监测网络的不断完善和监测技术的进步，未来有望获得更全面的数据支持。

另一个挑战是地震波分析的复杂性。地震波在地球内部的传播路径受到多种因素影响，包括温度、压力、化学成分和晶体结构等。准确区分这些不同因素的影响需要更精密的分析方法和计算模型。

人工智能和机器学习技术的应用为这一领域带来了新的机遇。研究人员正在开发更先进的算法，能够从海量的地震数据中识别出微妙的信号模式。这些技术有望提高对地球内部结构分析的精度和可靠性。

此外，实验室中的高压物理实验也为验证理论模型提供了重要支持。科学家们正在使用金刚石压砧装置等设备，在实验室中重现地球内核的极端条件，研究铁合金在超高压和高温下的物理性质。

对地球科学的深远影响

这一发现对多个地球科学分支领域都具有重要意义。在地球动力学研究中，内核结构的复杂性为理解地幔对流、板块运动和地球热演化提供了新的约束条件。传统的地球动力学模型可能需要重新评估和修正。

对于古地磁学研究而言，最内层内核的发现有助于解释地球磁场历史记录中的一些异常现象。地球磁场的强度和方向变化不仅反映了外核中液态铁的运动状态，也受到内核结构的影响。

在矿物物理学领域，这一发现推动了对极端条件下铁合金相变的研究。了解内核物质的精确组成和结构对于建立准确的地球模型至关重要。

这项研究还可能对行星科学产生影响。其他类地行星如火星和金星是否也具有类似的复杂内核结构？这种结构是行星演化的普遍特征还是地球独有的现象？这些问题的答案将有助于我们更好地理解行星系统的形成和演化过程。

从更广泛的角度来看，这一发现体现了现代地球科学研究的一个重要趋势：利用先进的数据分析技术和计算方法，从现有的观测数据中挖掘出新的科学发现。随着技术的不断进步，我们对脚下这个星球的认识仍在不断深化。

来源：人工智能学家