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在地球中心，一層熔融金屬構成的液態圈層內，懸浮著一個主要由鐵組成的固態球體——這就是地球的核心。
然而核心作為地球的核心，並不像我們想象中那樣恆久穩定。近二十多年來，已經有大量研究發現，核心的自轉速度正在發生變化。與此同時，最近發表於《自然·地球科學》（Nature Geoscience）的一項研究觀察到，地球核心的形狀很可能也在改變。
這項研究的第一作者、美國南加州大學的地球科學家約翰·維達萊（John Vidale）起初同樣在關注地球核心自轉速度的變化。“但在分析幾十年來的地震影像時，我發現有一組地震波的資料集非常奇怪，和其他的都不一樣，”維達萊在南加州大學釋出的一篇新聞稿中這樣回憶道，“後來我意識到，我盯著的其實是一份證明地球核心並沒有預想中堅硬的證據。”
轉動還是變形
核心可能是地球最神秘的結構，畢竟我們無法鑽透五千多千米厚的地球圈層，親眼目睹核心的樣貌。但好在地震波能夠穿透地球，將核心的資訊帶回地表。
和所有的波一樣，地震波在穿過不同介質時，波形和波速也會隨之改變。因此，藉助分佈在地球表面的地震臺站接收到的波形和到時，地球科學家可以倒推回地震波“走過”的結構。
2004年印度洋地震引發的海嘯（圖片來源：Animation fournie par Vasily V. Titov, Sous-directeur du Service de Cartographie des Raz de marée et Inondations (TIME) du NOAA, aux USA – NOAA）
維達萊看的就是這樣一組資料，但對於研究地球核心的科學家來說，他們格外關注一類被稱為“重複地震”的地震波。重複地震一般發生在俯衝帶，一組重複地震之間可以相隔幾個月甚至幾年，但震源基本在同一位置，導致地震的斷層破裂過程也基本一致。因此如果傳播介質不變，地表的臺站就會記錄到完全一樣的波形。在此前的研究中，正是重複地震幫助科學家觀測到了核心自轉的具體變化。
這項研究使用了1991年到2024年發生在南極洲南桑威奇群島（South Sandwich Islands）附近42個地點發生的121次重複地震，並分析了位於美國阿拉斯加州費爾班克斯（ILAR）和加拿大耶洛奈夫（YKA）兩處地震臺站接收到的波形。
為了排除地球核心自轉產生的影響，研究者專門對比了當核心轉至相同位置時，地震波形的變化——理論上，如果地球核心只發生自轉，沒有變形，那麼地震臺站接收到的波形應該完全一致。然而，研究者發現，ILAR接收到的地震波形的確保持了一致，但在2004-2008年，YKA接收到的波形發生了變化。
這兩處臺站的差別在於與地震源之間的距離。從南桑威奇群島附近發出的地震波，會穿過地球核心較深處的位置，才能抵達ILAR。然而抵達YKA的地震波只會掠過核心表面區域。因此研究者推測，最合理、也最簡潔的一種解釋，就是核心表面的形狀在發生變化。
圖片來源：原論文
更“軟”的核心
核心表層在發生無法用自轉解釋的變形，“最有可能產生這些變化的原因……可能是發生快速對流的液態外核底部，牽引高溫的核心邊界區域，產生了變形，”論文中這樣解釋道。其他的可能還包括下地幔底部密度異常區域導致的重力牽引。但研究者也表示，仍需進一步研究，才能提供一個更確定的解釋。
從整個地球來看，地球核心的變形勢必會改變地球質量的分佈，從而改變地球的自轉速度。然而這份影響非常小，對每一天長度的影響遠遠小於潮汐摩擦力的作用，更不用說讓生活在地表的我們感覺到了。
但更重要的是，這一發現讓我們更進一步地理解了核心的性質。如果核心的表面可以被液態外核牽動，就說明核心很可能並沒有我們以為的那麼硬。透過計算，研究者認為核心的黏度應當比地殼低數個數量級，只有約1016 ~ 1017 帕·秒。這個數字也與此前的一些計算結果相符，尤其是加拿大不列顛哥倫比亞大學的地球物理學家布魯斯·巴菲特（Bruce Buffett）在1997年發表的一項經典數值模擬計算結果。
圖片來源：USC Graphic/Edward Sotelo
至於地球核心為何會這麼“軟”，2022年發表於《自然》（Nature）的一項研究給出了一種可能的解釋。在這篇論文中，中國科學院地球化學研究所地球內部物質高溫高壓院重點實驗室李和平研究員和何宇研究員團隊與其他研究機構合作，模擬了多種鐵合金的性質。他們提出，地球核心並非傳統認知中的固態，而是由固態鐵和流動的輕元素組成的超離子態。
模擬發現，當處於超離子態時，Fe-H，Fe-C和Fe-O合金中，C、H、O離子會在鐵合金的間隙中快速擴散，表現出流體的特徵，從而讓合金加速軟化。對應的，這也會導致地震波速顯著降低，與地震學的觀測結果很好地符合。
但這些依然還屬於猜測階段，想要更多地瞭解核心，還需要更多的證據。“地球核心的非自轉變化值得仔細研究，”《自然·地球科學》的論文在結尾部分寫道,“以瞭解地核中發生了什麼變化。”
參考連結：
https://www.nature.com/articles/s41561-025-01642-2
https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.1131692
https://www.nature.com/articles/41534
https://www.nature.com/articles/s41586-021-04361-x
https://www.eurekalert.org/news-releases/1072908
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