地核深处有关于其神秘诞生的线索

半个多世纪以来，我们都知道地球有 45 亿年的历史，但对于加州大学戴维斯分校地质学家尹庆柱这样的人来说，这个数字还不够——他们需要确定“5”后面的数字是什么。尹庆柱在过去的十五年里一直在试图弄清楚我们的太阳系究竟是如何形成的——在几千万年的时间里，一个巨大的、混乱的尘埃和气体圆盘是如何变成八颗行星，有序地围绕着一颗中心恒星运行的。

科学家们对这个故事提出了两个版本：一个版本认为地球诞生于一个陨石撞击时代，撞击非常剧烈，整个星球最初是一片球形的岩浆海。另一个版本认为，这个过程更加漫长——地球是一颗岩石小行星，每隔一千万年左右，就会有一个火星大小的物体撞击地球并卡住，直到最后所有火星大小的物体要么发生碰撞，要么——就火星而言——进入自己的轨道。但为了弄清哪个版本的故事是​​正确的，他们需要知道行星撞击的剧烈时代持续了多久，精确到数千万年；换句话说，他们需要将地球的历史精确到小数点后一位。

地球确切年龄的秘密在于地球上最古老的岩石。科学家可以通过测量岩石中铀 238 和铅 206 两种同位素的含量来计算这些岩石的大致年龄。由于铀 238 以可预测的速率衰变为铅 206，因此两种同位素之间的比例可以告诉科学家这些岩石存在了多久。但有一个问题：为了弄清楚相对比例真正告诉我们什么，科学家必须确切知道每种元素的含量。为了弄清楚，他们必须知道铀 238 和铅 206 的含量，不仅是地球表面的岩石，还有下面的地幔和——这是棘手的部分——完全无法到达、无法复制的地核中的铀 238 和铅 206 的含量。

曾几何时，地球内核的成分还是一个未解之谜。曾几何时，在 20 世纪 30 年代和 40 年代，地球内核的成分还是一个未解之谜：地震学家利用穿过地球的地震波数据确定地球中心由固体金属构成，周围是厚厚的半液体外核。与此同时，地质学家使用陨石作为地球整体成分的代表，并确定地球外层缺少大量的铁和镍。合乎逻辑的结论是地球内核由铁和镍构成。

如果这一结论成立，研究人员将能够根据铁和镍的特性推断地核中铅和铀的含量。但在 20 世纪 50 年代，对地核重力的测量表明，地球中心的密度不足以仅由铁和镍构成。

“我们知道需要一些较轻的元素来解释密度不足，”尹说。科学家很快就列出了可能的嫌疑人名单，因为这些元素在太阳系中必须相对丰富。“因此排除了锂、铍和硼等元素，”尹说，“只剩下氧、硅、镁、硫、碳、磷、氮。”

但是将范围缩小到这个短名单之外并不是那么容易：内核的遥远位置和极端的温度和压力几乎使得进行有用的观察或实验以查明哪些元素会留在其中，哪些元素会被挤压到地幔中。

“这使得计算机模拟变得方便，”尹说。直到最近，计算机还没有足够的能力来运行模拟内核原子级所需的复杂计算。但现在，“计算能力已经达到了我们可以做一些合理事情的状态。”

尹和他的中国科学院同事在一台 500 核超级计算机上进行了为期三个月的实验，以确定内核中有哪些元素以及含量是多少。他们特别感兴趣的是测量碳，这种元素在内核中的存在与较低的铅比例有关。尹发现的碳越多，内核中的铅含量可能就越少，而铅含量越少，地球就越古老。

研究小组迄今为止的研究结果表明，碳在地核中所占比例很小，按重量计算不到 1%。相对于地球的其他部分，这仍然是大量的碳，比整个地球其他部分的总和还要多，但它只是地核中较轻元素的一小部分。

到目前为止，研究结果支持地球诞生故事的简短版本，即固体地球早在太阳系诞生后 3000 万年就形成了，并且在接下来的一亿年里，地球断断续续地生长，每次都受到一次重大撞击。

通过使用功能越来越强大的超级计算机，尹同仁和他的同事以及其他地质学家正在设法填补“ 5”右边的空白。