地球外核可能是地球深部最大碳储层

2021年8月19日，《通讯·地球与环境》（Communication Earth & Environment）杂志刊发题为《地核可能是最大的陆地碳储层》（Earth’s core could be the largest terrestrial carbon reservoir）的文章称，佛罗里达州立大学和赖斯大学研究人员对地球外核的碳含量的估计表明，地球外核可能是地球最大的碳储层，地球外核的0.3%~2%是碳，含碳量达（5.5~36.8） 1024克。

了解地核构成是固体地球科学中的关键问题之一。地核主要成分是铁，但纯铁的密度大于地核铁心的密度。地核中必须有较轻的元素来降低其密度，碳是一个考虑因素。先前的研究估计了地球上的碳总量。这项工作将地球碳含量的估计细化到990 10-6到6400 10-6之间。这将意味着包括外核和内核在内的地核可能含有地球93%至95%的碳。由于人类无法进入地核，所以科学家不得不使用间接方法来分析它。研究人员将已知的穿过地球的压缩声波速度与模拟地球外核压力和温度条件下铁、碳和其他轻元素不同成分的计算机模型进行了比较。当模拟中的声波速度与穿过地球的声波的观测速度相匹配时，便可以使模拟结果与地球外核的实际化学成分相匹配。科学家们以前曾试图给出地球外核的碳含量范围。这项研究通过在估计地球外核成分的模型中包括其他轻元素，即氧、硫、硅、氢和氮，缩小了可能的范围。研究人员使用第一性原理分子动力学模拟来估计液态铁碳合金的密度和压缩波速度，在0 360GPa和4000 7000 K条件下，地球外核含碳量约为4% 9 % （质量百分比，下同）。对于铁碳二元系统，约1% 4% 的碳可以解释地震学压缩波速度。然而，这与发现解释核密度不足所需的约5% 7 % 碳不相容。当考虑包含铁、碳和另一种轻元素的三元系统，再加上陨铁（iron meteorites）的额外限制和地球内核边界处的密度不连续性时，研究人员发现地球外核的碳含量为 0.3% 2.0%，能够同时满足上述两个性质。因此，可以认为地球外核为最大的陆地碳库。

赖斯大学地球、环境与行星科学教授Rajdeep Dasgupta表示，在过去的10年里，利用宇宙化学和地球化学模型来确定地核碳汇的研究很多，然而，这仍然是一个悬而未决的问题，因为关于岩石行星的吸积过程和板块构造过程有很多不确定的参数。。该研究的重要意义在于，它直接量化了地球外核目前的碳汇，这将有助于科学家更好地研究可能的行星成分和早期过程。

转载本文请注明来源及作者：中国科学院兰州文献情报中心《地球科学动态监测快报》2021年第18期，刘文浩 编译。