地球外核中富含硅的积雪上升

地球表面深处是外核，由2000公里厚的液态铁合金层组成。尽管距离地表3000公里深，但它仍然影响我们的地表可居住性，因为它是产生地球磁场的区域。

在最近发表在《自然》杂志上的一项研究中，包括亚利桑那州立大学的Sang-Heon Dan Shim和Suyu Fu在内的一组科学家已经完成了对铁氢合金液体中富硅晶体形成的实验观察，预计地球外核在高压和高温条件下。

水晶预测下雪

晶体含有足够的硅，比液体轻，因此晶体会在液态铁金属中上升。

对于这个实验，主要作者Fu，前ASU博士后，现在在东京大学担任日本科学促进会的博士后研究员，ASU地球与空间探索学院和Navrotsky教授，与芝加哥大学的Stella Chariton和Vitali Prakapenka一起，专注于他们的实验室观察，预测富含硅的晶体可能会在外核下雪，但不会下沉，它们会上升。

“富硅合金结晶是在大流行期间我们在芝加哥下雪的冬日的实验中发现的，”Shim说。“有趣的是，这种结晶行为会导致外核中富含硅的雪上升。

在这个实验中，铁硅合金在ASU装载在氢 - 氩气混合物中。然后将样品压缩到金刚石砧单元中核心的预期压力。在高压下保持时，样品被激光束加热到先进光子源的预期温度，这是美国能源部(DOE)在DOE阿贡国家实验室的用户设施，研究人员可以使用非常明亮的X射线束监测金刚石砧单元中的结晶。

“在高压下为氢中的铁合金熔化创造足够高的温度非常困难，”Shim说。“原因是氢可以扩散到金刚石砧中并打破它们并使实验失败。

对于这个实验，Shim补充说：“我们的团队开发了一种新方法，将氢与金刚石砧电池中的氩气混合。氩气不与样品反应，但抑制氢扩散到金刚石砧中，使我们能够在实验室中实现极端条件。

这种现象可以在金属核心和岩石地幔之间的边界处形成富含硅的雪堆，几十年来在地震成像研究中发现了许多神秘的细尺度结构。

“如果硅和氢是最外层核心中具有适当丰度的两个主要轻元素，那么可能会出现这种上升的富硅雪，”傅说。

事实上，在这些结构中，在核心-地幔边界的核心侧发现的岩芯刚性区(几百米厚，在液态铁金属外核中具有固体状特性)可能是富硅雪堆。

如果对流地幔流能够捕获一些上升的富硅晶体雪，它们可能表现为一个精细的结构，在最底层的地幔处具有非常低的地震速度，这可以解释该地区几十年来地震研究中记录的超低速度区。

傅说：“我们的研究还预测，富含硅的雪从最外核区域开始，随着地球的进一步长期冷却，可以发展到更深的地方。

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