地核到底是什么样子的?我们可能会认为地核由铁块组成,但并非如此,而且答案可能还会出乎你的意料。1995年,华盛顿卡内基学会的地球物理学家推断,在地球中心有一块巨大的晶体。这一发现源自科学家的另一个发现,即如果地震波从一极到另一极的南北方向传播要比在赤道的东西方向传播快将近4秒。这也就是说固态地核呈现方向性差异或称“各向异性”,也就是说在各个方向上是不同的特性。卡内基学会的罗纳德·科恩指出,我们只知道有某种结构存在,但不知道到底是何种结构。于是,科恩及其科研团队开始利用CRAY C90超级计算机探究固态地核到底是怎么一回事。
在地球表面,铁可以呈现出三种晶体状:体心立方、面心立方和密排六方晶体。以前认为地球内核的固态铁呈体心立方晶体,但经过超级计算机的详细计算证实,这种晶体结构不能承受地心的压力和温度,但其他两种结构却可以。最重要的是,其他两种结构可以解释地震波的“各向异性”特征,其中密排六方晶体是最符合地震波数据的一种结构。
根据计算,地核开始形成于10亿至30亿年前,而且从那以后再也没有增大。此外,地球内核两个部分之间温度的差异造成了一种外部的对流运动:热物质上升和冷物质下沉。正是这种对流运动刺激并维持着在地球物理学范畴内最大的一个谜团:地球磁场。
从1600年英国女王伊丽莎白的御医威廉·吉尔伯特称地球是一块“大磁铁”以来,探究为何会存在地球磁场就成为了科学界一个难以解答的问题。产生磁场只有两种方式。一是通过吉尔伯特认为的永久磁石,另一种是通过电流。不管是哪一种,都符合一点事实,那就是磁场的起源在地球内核,而且是自地球存在以来就已经存在了。
但是永久磁石还不能解释所有问题。1919年爱尔兰人约瑟夫·拉莫尔提出,磁场由自激发电机效应产生,也就是某些电流产生了磁场。这种电流不能出现于地幔,因为地幔是由无法产生与观测到的磁场强度相同的半导体物质构成的。因此电流只能来自于一个地方:地球内核。