地球磁場會阻止來自太空（包括太陽在內）的有害高能粒子抵達地球，從而對地球起到保護作用，使地球成為了一個宜居的星球。地球的磁場來源于地球中心的核心。然而，對地核的研究是非常難以進行的，部分原因是由于它的起始深度約為2900千米，如此深的深度使得我們無法對其進行取樣和直接調查。

在一篇發(fā)表于Geochemical Perspective Letters的論文中，一個國際合作的研究團隊發(fā)現(xiàn)了一種獲取地核信息的方法。

一個高溫煉獄

地核是地球上最熱的部分，外核的溫度就已經超過了5000℃。這必然會影響覆蓋在核心之上的地幔，據估計，50%的火山熱量來自地核。

○ 從地殼到地核的地球結構。| 圖片來源：thegeographeronline

火山活動是地球主要的冷卻機制。某些火山活動可能與地核有關，比如在夏威夷和冰島上仍在形成的火山島，因為地幔柱會將熱量從地核轉移到地球表面。

然而，一個幾十年來一直爭論不休的話題是，在地核和地幔之間是否存在物質交換？

新的發(fā)現(xiàn)表明，一些地核物質確實會轉移到地幔柱的底部，而在過去的25億年里，地核一直在向外泄漏這些物質。這一點是通過測量在鎢（W）元素的同位素比例上出現(xiàn)的微小變化而發(fā)現(xiàn)的。

為了研究地核，研究人員從深部地幔形成的火山巖中尋找地核物質的化學示蹤劑。我們知道地核有非常獨特的化學成分，主要由鐵和鎳以及溶解在鐵鎳合金中的鎢、鉑，還有金等元素組成。因此，這些親金屬合金的元素是研究地核痕跡的優(yōu)異選擇。

尋找鎢的同位

鎢元素具有74個質子，它有幾種不同的同位素，包括鎢-182（含108個中子）和鎢-184（含110個中子）。鎢的這些同位素可以成為確定地核物質的最確鑿示蹤劑，因為按照預計，地幔里的鎢-182與鎢-184的比值比地核中要高得多。

這是由于地幔中富含另一種地元素鉿（Hf），它不溶于鐵鎳合金，而且還具有一種目前已不存在的同位素鉿-182，這種同位素會衰變?yōu)殒u-182。這導致相比于地心，地幔會獲得額外的鎢-182。

但是，檢測鎢的同位素變化是一項極其艱難的挑戰(zhàn)，因為鎢-182與鎢-184比值的變化量級為百萬分之幾，而且?guī)r石中鎢的濃度只有億分之幾。全世界能進行這種分析的實驗室不超過5個。

泄露的證據

新的研究表明，在地球的一生中，地幔中的鎢-182與鎢-184的比值發(fā)生了顯著的變化。在地球上最古老的巖石中，鎢-182與鎢-184的比值遠高于現(xiàn)代地球上的大多數(shù)巖石。地幔中鎢-182與鎢-184的比值變化表明，地核中的鎢長期泄漏到地幔中。

有趣的是，在地球上跨越了18億年時間的最古老的火山巖中，地幔中的鎢的同位素并沒有發(fā)生顯著變化。這表明從43億年前到27億年前，很少甚至幾乎沒有物質從地核中轉移到了上地幔。但在隨后的25億年里，地幔中鎢的同位素組成便發(fā)生了明顯的變化。研究人員推斷，在太古宙末期，板塊構造發(fā)生了變化，從大約26億年前開始，觸發(fā)了地幔中足夠大的對流氣流，因而改變了所有現(xiàn)代巖石中的鎢同位素。

為什么會泄漏？

如果地幔柱是從地核與地幔的邊界上升到地幔表面的，那么由此推斷，地球表面的物質也必然會沉降到深部地幔中。我們用俯沖作用來描述地球表面的巖石進入到地幔，作為板塊構造的一個組成部分，這個過程會將地表的富氧物質帶入深部地幔之中。

○ 鎢的同位素比值在地核與地幔中的區(qū)別，顯示了地核的物質如何泄漏到地幔柱中。