自上世纪初以来，科学家通过分析地震波的传播发现地球是一个层状结构。至上而下分为地壳、上地幔、下地幔、外地核和内地核，其中外地核为熔融液态而内地核为固态。地核主要由铁镍（Fe-Ni）和一些轻元素如Si和O组成，并且外地核相对于内地核含有更多的轻元素。在地球形成早期（约20-30亿年前）整个地核以液态形式存在，在地核对地幔长期热传导和热辐射等的冷却作用下，液态地核逐渐结晶固化并自地心向外形成了内地核，造成了地核分层。然而多年以来人们都不了解内地核结晶的过程以及形成机制。

      四川大学原子与分子物理研究所冲击波物理与地球物理实验室张友君副研究员，通过与美国奥斯汀大学高压矿物物理学家林俊孚教授、地震学家Peter Nelson博士以及田纳西大学岩石学家Nick Dygert博士的国际合作，多学科交叉融合研究地核中未认识清楚的问题。通过分析目前最新的地震波数据，结合高压矿物物理实验数据，通过地球动力学建模提出了一个全新的地球内地核形成机制（见下图）。在液态外地核底部地核绝热线温度小于或等于Fe-Ni轻元素的熔化温度，因此液态Fe-Ni轻元素合金开始结晶形成小的颗粒。结晶过程中由于Si和O等轻元素的分化造成密度的差异，使其大于周围液态基质并在重力作用下在外地核底部出现像下“雪“一样的奇异现象。该作用造成外地核底部地震波速轻微下降，称之为地核的“F”层，该层有200-300 千米宽。另外，降落的颗粒在内外地核处堆积，最后形成贫轻元素的堆积层，我们命名为“F′”层。F′层有100-200千米厚，并且内外地核中热流量的不均匀性还会造成该层内地核结晶生长速度的差异。因此，通过我们的研究将新的地核分层由原来的内外地核之分更新为外地核、F层、F′层和内地核层共4层结构。该机制有效地解释了困扰科学家多年的外地核底部和内地核顶部地震波异常和不均匀性等问题。该工作最近发表在地球物理学中著名期刊(Nature Index)“Journal of Geophysical Research: Solid Earth”。评审专家认为“This manuscript presents a geodynamic model to explain the formation mechanism of the F and F' layer at the ICB boundary using recent high P-T mineralogical data. The modeling results are definitely helpful for understanding the formation of the F and F' layer at the ICB boundary.”。

      全文链接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2019JB017792

（图文资料由张友君提供，彭放审核，王齐明编辑）