新研究顯示地球外核可能是地球上碳元素的最大儲存庫

佛羅里達州立大學和萊斯大學的新研究提供了對地球外核中碳含量的更好估計,這項工作表明外核可能是地球上碳元素的最大儲存庫。這項研究發表在《地球與環境通訊》雜誌上,估計地球外核的0.3%至2.0%是碳。

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儘管那裡的碳的百分比很低,但由於外核如此之大,它仍然是一個巨大的數量。研究人員估計,外核含有5.5-36.8 × 10^24克的碳。

“了解地核的組成是固體地球科學的關鍵問題之一,”共同作者Mainak Mookherjee說,他是地球、海洋和大氣科學系的地質學副教授。“我們知道地核的主要成分是鐵,但鐵的密度比核心的密度大。在核心中一定有較輕的元素來降低其密度。碳是一個考慮因素,我們正在提供更好的制約因素,即那裡可能有多少碳。”

以前的研究已經估計了地球上的碳總量。這項工作將地球上的碳含量的估計值細化到大約990ppm和超過6400ppm之間。這將意味着地球的核心–包括外核和內核–可能包含地球上93%至95%的碳。

由於人類無法進入地球的核心部分,他們不得不使用間接的方法來分析它。研究小組將已知的穿越地球的壓縮聲波的速度與計算機模型進行了比較,這些模型模擬了在地球外核的壓力和溫度條件下鐵、碳和其他輕元素的不同組成。

“當我們模擬中的聲波速度與觀察到的聲波穿越地球的速度相匹配時,我們知道模擬與外核的實際化學成分相匹配,”主要作者和博士后研究員Suraj Bajgain說。

科學家們以前曾試圖給出一個外核中碳含量的範圍。這項研究通過將其他輕元素–即氧、硫、硅、氫和氮–納入估計外核成分的模型,縮小了這個可能的範圍。正如氫、氧和其他元素一樣,碳是一種生命必需的元素。它是使地球上的生命成為可能的部分原因。

Mookherjee說:“這是一個很自然的問題,這些碳是從哪裡來的,當地球形成時,最初有多少碳被供應。現在大部分的碳位於哪裡?它是如何存在的,它是如何在不同的位置之間轉移的?了解碳的總庫存是這項研究給我們的啟示。”

了解地球上存在多少碳,將有助於科學家提高對我們的星球和宇宙中其他地方的岩質行星的組成的理解。

研究報告的共同作者、萊斯大學地球、環境和行星科學系的教授Rajdeep Dasgupta說:”在過去十年中,已經有很多活動使用宇宙化學和地球化學模型來確定地核的碳預算。“然而,這仍然是一個開放的問題,因為在吸積過程和岩質行星的構件上有很多不確定的參數。這項研究的好處是,它提供了一個關於地球外核的現今碳預算的直接估計。因此,這將反過來幫助社區更好地確定可能的行星成分和早期過程。”