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研究揭示地球外核的「基本發現」
地球的核心是一個特別難以研究的地方。距離地表約2900公里的地方(地球的半徑約6300公里)﹐若要在實驗室中進行模擬是非常具有挑戰性的。但在發表於《地球物理通訊》(journal Geophysical Research Letters)上的一項新研究中﹐Mookherjee和他的團隊使用了高功率的超級計算科技來迴避實驗上的障礙﹐並對核心的化學成分做出了關鍵性的發現。
Mookherjee和Bajgain使用經過精心校準的模擬﹐確定地球外核可能存在的最大氮含量﹕地核-地函邊界約2%的重量百分比﹐內外核邊界約2.6%的重量百分比。「這是一次富有洞察力的實驗﹐因為得出了外核中最高的氮含量﹐」Mookherjee說。「我們對作為宜居行星大氣層主要組成部分的元素的豐度提供了最大的限制。這是基本的發現。」。
氮是有機物的關鍵﹐氮如何儲存在行星的岩石和金屬內部是一個關鍵但難以捉摸的資訊。Mookherjee說﹕「當一顆行星正在形成時﹐行星的大小以及多少氮或任何其他輕元素被吸入到核心中是非常重要的。但如果所有的氮都進入核心﹐就沒有什麼可以為有機生命提供養份了。」。
Mookherjee說﹕「地球化學證據往往表明﹐地球內部含量可能微乎其微﹐」。我們缺少它嗎？它藏在核心裡嗎？這些都是未知數。有各式各樣的模型﹐但不可能進入地球的核心﹐我們沒有地球形成過程的直接證據﹐包括元素的再分配。我們試圖通過拼湊證據來推斷。
Mookherjee通過在功能強大的超級電腦上模擬這些條件﹐避免了在極端核心條件下進行實驗的巨大挑戰。利用LSU的設施以及美國國家科學基金會在德克薩斯州的XSEDE設施﹐研究人員進行了一系列分子動態模擬﹐提供了關於暴露在高溫和巨大壓力下的液體和固體行為的關鍵數據。
經過一系列基準測試以確保模擬運行正常後﹐團隊向系統添加了氮氣。他們的目標是在類似於地球核心的條件下確定氮對液態鐵的密度和聲波速度的影響。最終﹐這些模擬成功揭示了有史以來地球物理學的數據﹐暗示了在地球不適宜居住的內部可能有多少的氮含量。
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