過去一、二十年以來，地震學(xué)家對于內(nèi)地核傳遞地震波速度的差異，所反映出內(nèi)地核東西與南北方向顯著不同的物理性質(zhì)感到困惑。在最新的實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)果中，推導(dǎo)出一個在東西方向上持續(xù)進(jìn)行凝固與熔融作用的內(nèi)地核，可以解釋過去地震學(xué)上所觀測到的結(jié)果。

我們知道由于越往地球中心壓力越大，提高了地核物質(zhì)熔融所需要的溫度，使得地心附近溫度不足以熔融地核的物質(zhì)，因而形成了一個固態(tài)的內(nèi)地核，被包圍在液態(tài)的外地核之中。再加上地球的溫度持續(xù)下降，使得組成外地核的合金中，密度較大的鐵會漸漸凝固在內(nèi)地核表面。如此一來，在與內(nèi)地核交界處的外地核底部，理應(yīng)留下一層密度較小的液體，但是根據(jù)地震波速度的觀測結(jié)果卻顯示，這里有一層密度很大的液體存在。

除此之外，過去地震學(xué)家還發(fā)現(xiàn)地震波在內(nèi)地核的南北方向上傳遞速度較快，在東西方向上的速度則是較慢。而且內(nèi)地核的東西兩側(cè)并不對稱，東側(cè)內(nèi)地核傳遞地震波的速度較快，地震波能量衰減的程度較大，且物質(zhì)特性較為均一（不均向性較小）。這有可能是肇因于鐵分子結(jié)晶構(gòu)造的差異，也有可能是內(nèi)地核的東西兩側(cè)構(gòu)造本來就不對稱。但是這個問題過去一直都沒有定論。

為了解決這些困惑，法國里昂大學(xué)的科學(xué)家Alboussière等人，在最新一期的自然期刊上發(fā)表了最新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬。他們利用注入不同密度的鹽水，觀察鹽水槽中密度的變化與分布。搭配內(nèi)地核凝固與融化的動態(tài)模型數(shù)值仿真，推導(dǎo)出內(nèi)地核的變動情形，最后得到了一個相當(dāng)令人難以想象的場景。

在地球的中心，外地核的地層，一股密度較大的液體擾動發(fā)生在內(nèi)地核表層的西側(cè)，凝固成為新的內(nèi)地核。由于重力作用的關(guān)系，由于內(nèi)地核的西側(cè)增加了質(zhì)量，整個內(nèi)地核于是開始往東邊移動。當(dāng)內(nèi)地核往東移動時，東側(cè)固體的內(nèi)地核物質(zhì)相當(dāng)于來到距離地表較近，壓力較小的地區(qū)；因此內(nèi)地核東側(cè)物質(zhì)的融點(diǎn)降低，產(chǎn)生了熔融的作用，形成一層密度較大的液體。

根據(jù)計算，內(nèi)地核往東邊移動的速度大約是每年1.5公分。大約一億年后，整個內(nèi)地核就和今天完全不同了。相較于內(nèi)地核目前的大小（半徑約一千兩百公里）和年紀(jì)（約十億年）相比，內(nèi)地核東西方向上的凝固與熔融速度大約快了數(shù)十倍。而當(dāng)內(nèi)地核在東西兩側(cè)進(jìn)行凝固與熔融作用的同時，它所造成外地核的物質(zhì)對流作用，則是產(chǎn)生地球磁場的主要原因。

截至目前為止，這仍然只是一個相當(dāng)簡單的模擬。作者希望在未來能夠繼續(xù)探討地核中的這個物質(zhì)對流作用，是否會間接影響到地核之上的地函底部？又或者地函內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)動是否會回過頭來影響地核內(nèi)部？如此一來，才能讓我們對地球整體的運(yùn)作，有更完整的認(rèn)識。

原始論文：

Bergman M. I., 2010, Earth science: An inner core slip-sliding away, Nature, 466, 697–698.

Alboussière et al., 2010, Melting-induced stratification above the Earth’s inner core due to convective translation, Nature, 466, 744–747.

董軍摘自：地球科學(xué)網(wǎng)