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地球内核形成的时间范围为少于5亿年到接近20亿年

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更新:08-16     编辑:     来源:    
  • 现今的地球内部有一个位于地心由固态的铁(含少量轻元素)组成的内核,该内核被液态外核所包围。外核的流体运动是产生地磁场的原因。然而,地球形成之初地核完全是液态的,固体内核形成的时间一直备受争论。最近,一项研究采用实验和数值模拟相结合的方法,揭示地核的热导率值有相当大的变化,预示了地球内核形成的时间范围为少于5亿年到接近20亿年。
      该研究由Andrew J. Biggin(利物浦大学)主持,在与中国科学院地质与地球物理研究所副研究员Greig A. Paterson合作的基础上,梳理了前寒武纪的地磁场古强度数据。Biggin与其合作者采用最近提出的质量标准QPI对最新的数据进行筛选来保证数据的可靠性(Biggin & Paterson, 2015, Frontiers Earth Sci., doi: 10.3389/feart.2014.00024)。通过对高质量数据的分析,证实了500Ma-3.4Ga之间的地磁场与现今地磁场非常相似,均是由偶极子场主导的(图1)。  对这些古强度数据进行时序分析揭示了古强度值有一个明显的高-低-高特征,1.4Ga-2.4Ga的强度较低。而前后两个古强度较高的时期(0.5-1.3Ga和2.4-3.5Ga)的平均虚偶极矩(VDMs)分布在54 ZAm2和44 ZAm2之间,这与过去300Ma以来的古强度(平均VDM为50 Z Am2)相当。严格的统计分析表明这些时期的古强度均显著高于1.4-2.4Ga之间的古强度,1.4-2.4Ga之间的VDM仅有30 ZAm2。地磁场古强度长期变化明显的高-低-高特征是符合地核发电机由热对流驱动主导转化成由化学对流驱动主导这个预期的。这个特征表明,地球固体内核在大约10-15亿年前开始形成。
      这些古地磁结果为地核的热导率是一个中等的值提供了强有力的支持。这暗示地核冷却要比之前认为的慢得多,对地球总体演化有着重要的意义。
      该成果发表在国际学术期刊《自然》(Nature)上(Biggin, A.J., Piispa, E.J., Pesonen, L.J., Holme, R., Paterson, G.A., Veikkolainen, T., Tauxe, L., 2015. Palaeomagnetic field intensity variations suggest Mesoproterozoic inner-core nucleation. Nature, 526, 245-248, doi: 10.1038/nature15523)。    文章链接地球内核形成的时间范围为少于5亿年到接近20亿年     图1 由最小QPI值确定的合适古强度数据与偶极子场倾角的关系图。a,b,满足最小QPI的所有数据以30°倾角间隔箱型图。水平线是中位值,箱型图表示四分间距(IQR),误差棒显示排除异常数据(十字形)的范围。超过±1.5IQR为异常数据。地球内核形成的时间范围为少于5亿年到接近20亿年     图2 箱型图和不同时间段内由QPI ≥ 3数据估计的VDM的汇总统计。Ndata指在每个时间段内估的VDM个数,Nref指已发表的研究的数量。VDMmed 和VDMIQR分别指每个时间段内估计的VDM中值和四分位差。参见图1箱形图的解释说明。粗误差线显示了中位值的95%置信区间(来自10000次bootstraps结果)。


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