地球的核心是我們星球最深的部分，其特點是壓力和溫度極高，它由一個液體的外核和固體的內核組成。內核的形成和增長是由於內核邊界的液態鐵的凝固。內核的密度低於純鐵，而且據信一些輕元素存在於內核中。
由中國科學院地球化學研究所的何宇教授領導的聯合研究小組發現，地球的內核不是普通的固體，而是由固體鐵子晶格和液態輕元素組成，這也被稱為超離子狀態。在內核條件下，液態光元素在鐵亞晶格中具有高度的擴散性。
這項研究將於今天（2022年2月9日）發表在《自然》雜誌上。
超離子狀態是介於固體和液體之間的一種中間狀態，廣泛存在於行星的內部。來自IGCAS和高壓科學與技術高級研究中心（HPSTAR）的研究人員利用基於量子力學理論的高壓和高溫計算模擬，發現一些Fe-H、Fe-C和Fe-O合金在內核條件下轉變為超離子狀態。
在超離子鐵合金中，輕元素變得無序，像液體一樣在晶格中擴散，而鐵原子保持有序，圍繞其晶格振動，形成固體鐵框架。超離子鐵合金中C、H和O的擴散係數與液態鐵中的擴散係數相同。
“這是很不正常的。”該研究的第一作者和通訊作者何宇教授說：”鐵在內核邊界的凝固並沒有改變這些輕元素的流動性，而且輕元素的對流在內核中是連續的。”
關於內核的一個長期之謎是它相當柔軟，剪切波速度相當低。研究人員計算了這些超離子鐵合金的地震速度，發現剪切波速度明顯下降。”我們的結果與地震學觀察很吻合。來自IGCAS的共同第一作者孫世川說：”正是這些類似液體的元素使內核變軟。”
高度擴散的輕質元素可以影響地震速度，為了解內核的其他奧秘提供關鍵線索。通過考慮這些液態元素在內核中的分佈和對流，內核在過去幾十年中的各向異性結構、地震波衰減和結構變化可以在超離子模型中得到合理解釋。