地核是何时形成的？10-13亿年前，熔融的内核冷却成了固态

在我们的脚下，有着一片广袤、厚实、坚硬的大地。我们知道，那就是地球的地壳。

不过，在整个地球结构中，地壳只占了很小的一部分。半径6378公里的地球，地壳最厚处也只有大约33公里，地壳以下有约2865公里的厚度都被地幔占据，最内侧则是地球的核心——地核。

直到今天，我们对于地核的了解仍然非常有限。迄今为止，人类挖过的最深的坑也只有大约12公里，远远没有到达地幔，更不用说地核了。因此，我们目前也只能通过地震等方式来推测地核的结构。

据推测，地核分为两部分，最内侧是内核，外面是外核。内核是由固态的铁和镍组成的，而外核则是熔融状态的铁在流淌。

不过，地核并非一直是这样的，在最开始的时候，由于能量比较高，整个地核都处于熔融的状态。直到温度不断散失，内核才凝固下来的。至于这个内核冷却的时间，则一直是科学家们争论的焦点。在此之前，科学家们能够推算出来的时间范围非常广，近至5.65亿年前，最远甚至可能出现在45亿年前地球刚形成的时候。这样宽泛的范围很难给我们有效的参考，因此许多科学家孜孜不倦地进行着这方面的研究。

最近，国外的一支科研团队采取了一种新的研究方法，他们在实验室中模拟出了类似于地球核心的条件，从而获得了比较可靠的数据。这个数据将内核冷却发生的时间大幅度地缩小，从5.65-45亿年前缩小到了10-13亿年前。

这样的研究是非常有意义的，我们可以借此更加了解地球、尤其是地核的演化历程。目前来说，科学家相信地核是地磁场的根本来源，而地磁场的存在不仅锁住了地球的大气层和水分，也保护地球生物免受太阳和宇宙辐射的伤害。不论从哪个方面来讲，这次对于地球内核冷却时间范围的缩小都可以有很好的借鉴作用。

德克萨斯大学奥斯汀分校的地球科学家林俊孚（Jung-Fu Lin）教授介绍说：“我们对于地球发电机的起源以及地磁场的强度始终充满了好奇和热情，因为它们对于一颗天体的宜居性来说不可或缺。”

所谓的地球发电机，英文名为geodynamo，是由地球外核的熔融铁所产生的。在这些熔融铁的对流之下，就会产生地磁场，这是目前关于地磁场来源的普遍说法。这种对流可能来源于两种机制：

• 热对流：由温度产生梯度而形成，通常会出现在完全的液态内核中；
• 成分对流：由于外核之中不仅仅有铁元素，还有一些元素，其中较轻的元素会在浮力的作用下上升，导致熔融的物质流动起来产生对流。

不论是哪一种情况，都可以导致离子或者电子在这种导电性极佳的熔融外核中流动，从而产生电流。而磁生电是众所周知的，于是地球磁场就出现了。科学家指出：这两种对流方式都存在于今天地球的外核之中，它们都为地磁场贡献着自己的力量。

但是，对于没有冷却出固体内核的地球来说，成分对流是不存在的，只有热对流有可能出现。这个情况下虽然也能启动地球发电机，但如果让它维持数十亿年，对于铁的温度要求将非常高，甚至超出了理论值。因此，通过理论上熔融铁的温度，我们可以推测出内核冷却时间的下限。

同时，为了达到现有的温度，地核里铁的导热效率就成为了一个关键因素。铁的导热效率随着其状态不同而变化，因此，林教授和他的同事们在实验室中对铁在不同压力和温度下的导热性来进行对地核的研究。

他们首先取了一个铁质样品，利用激光给它加热，然后利用金刚石砧板提供压力。当然，这个过程说起来简单，实则非常复杂。为了进行足够的测试，他们花了整整两年的时间。功夫不负有心人，最终他们在1700亿帕斯卡的压力（相当于海平面大气压的170万倍）和3000开尔文的温度（约为太阳表面温度的一半）下对这块样品的电导率和导热性进行了测量。

根据科学家的测量和分析，地球外核的外侧和内侧边缘的压力分别为1350-3300亿帕斯卡，而温度则从4000开尔文提升到了5000开尔文。尤其在最核心处，温度可以高达6000开，比太阳表面还要热。但是，虽然远高于铁的熔点，不过在恐怖的压力之下，铁还是被压成了固体。

研究团队利用对样本测得的热导率数据进行分析后发现：如果内核的年龄真的像以往所推测的最晚极限5.65亿年来计算的话，测量的数据要比理论值低了30%-50%，事实胜于雄辩，看起来以往的理论是错误的。所以，他们根据测量到的数据重新设定了熔融铁在地核的环境下所具备的导热率上限，而这个上限进一步又约束了地核能够传导和保留热量的上限。通过这个数据，他们就能够估算地球内核的年龄了。

正是通过这样的方法，林教授等人才将内核冷却的时间范围缩小到了10-13亿年前。值得注意的是，他们的这个数据也恰好和地磁场的变化相吻合。此前科学家对早至岩石中15亿年前的样本磁性分析显示，地磁场在这段时期也有所增强。地核与地磁场本就有着密不可分的关系，而两项研究的一致性也让我们对这些结果更加有信心。

不过，还有一点不得不提，那就是5.65亿年这个数字也并非是其他科学家一拍脑门就提出来的。巧的是，这个数字同样来自于当时地球岩石样本所体现出来的地磁场的增强。如果10多亿年前的那次增强真的来自于内核的冷却凝固，那么5.65亿年前地球又发生了什么呢？

没有人知道这个问题的答案，研究团队也承认，这需要更多矿物物理学、地球动力学和古地磁学等方面的进一步研究和联系。保护我们生命安全的地磁场究竟是怎么产生的？地球最深处的核心到底有着怎样的秘密呢？希望科学家早日给出答案。