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  • 火星地震将证明:火星地核只有六分之一,而地球则高达三分之一

    当美国宇航局火星探测器洞察号的地震仪一直在耐心等待下一次大火星地震照亮其内部并确定其火星地壳、地幔、地核结构时,两名科学家,东北大学的吉崎隆和马里兰大学的比尔·麦克多诺为火星建立了一个新的成分模型,其研究发表在《地球化学与宇宙化学学报》期刊上,他们使用来自火星岩石和轨道卫星测量结果来预测其核幔边界的深度,该边界位于地表以下约1800公里处。

    火星地震将证明:火星地核只有六分之一,而地球则高达三分之一

    并能够表明其核心含有适量的硫、氧和氢作为轻元素。吉崎隆解释说:了解岩石行星的组成和内部结构可以告诉我们形成条件、核心如何以及何时从地幔分离,以及从地幔中提取地壳的时间和数量。早期的天文学家利用行星及其卫星的分离距离和轨道周期来确定这些天体的大小、质量和密度。今天的轨道宇宙飞船提供了关于行星形状和密度的更多细节,但其内部的密度分布仍然未知。

    火星地震将证明:火星地核只有六分之一,而地球则高达三分之一

    行星的地震剖面提供了这一关键的洞察信息,当地震震动行星时,声波在其内部以由其内部成分和温度控制的速度传播。密度上的强烈对比,例如岩石和钢铁,导致声波的响应不同,揭示了核幔边界深度和这些层可能组成的细节。到19世纪末,科学家们假设地球内部有一个金属核心,但直到1914年地震学家才证明,金属核心在2900公里深的地方存在。

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    地震学家揭示了地球内部的结构,这有助于定位震源和了解地震的性质。阿波罗宇航员安装的四台月球地震仪,揭示了月球的核-地幔-壳结构。火星,第二个被探测次数最多的行星,在2018年年中从洞察号火星探测任务中收到了的第一个地震信号。行星的组成模型是通过将地表岩石、物理观测和球粒陨石(行星的原始构造块)的数据结合在一起而开发出来。

    火星地震将证明:火星地核只有六分之一,而地球则高达三分之一

    这些陨石是岩石和金属的混合物,就像行星一样,它们是由早期太阳星云吸积出来的固体组成。不同比例的镁、硅和铁的氧化物以及铁和镍的合金组成了这些固体。研究发现火星地核只有其质量的六分之一,而地球的地核则是其质量的三分之一。这些发现与火星比地球更多的氧原子、更小的地核和红色表面是一致的。同时还发现火星的挥发性元素丰度高于地球,例如硫和钾,但这些元素的丰度低于球粒陨石。

    火星地震将证明:火星地核只有六分之一,而地球则高达三分之一

    当探测到火星地核-地幔边界的深度时,美国宇航局(NASA)火星探测器“洞察号”任务中的地震仪将能够直接测试这个新火星模型。火星和地球的这种成分模型,为行星的起源和性质以及它们的宜居条件提供了新线索。通过比较类地行星的组成模型,可以洞察产生行星规模相似和不同的物理化学过程。被广泛接受的火星成分模型假设,火星中的Mn和更多难熔元素为CI球粒陨石,包括Fe、Mg和Si,它们和O一起占火星质量的90%以上。

    火星地震将证明:火星地核只有六分之一,而地球则高达三分之一

    然而在对太阳光球和陨石组成理解上的进步,对CI球粒陨石作为火星类似物的使用提出了挑战,新的火星模型组成,避免了这样的假设,并基于火星陨石和宇宙飞船的观测数据,建模方法以前被用来预测地球的组成。该模型确定了块状硅酸盐MARS(BSM)中难熔亲石元素绝对丰度是CI碳质球粒陨石的2.26倍。相对于这种球粒陨石成分,火星具有中等挥发性亲石元素的系统耗竭,这是它们冷凝温度的函数。

    火星地震将证明:火星地核只有六分之一,而地球则高达三分之一

    博科园|研究/来自:东北大学

    参考期刊《地球化学与宇宙化学学报》

    DOI: 10.1016/j.gca.2020.01.011

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