极端条件下铁水密度的精确测量

日本和法国熊本大学和东京大学的研究人员利用日本大型同步辐射装置SPring-8，在类似地球外核的条件下，精确测量了液态铁的密度：100万atm和4000摄氏度。在这样的极端条件下，精确测量铁水的密度对于了解我们星球核心的化学成分非常重要。

地球有一个固体金属内核和一个液体金属外核，它们位于地球表面以下约2900公里(1800英里)处。两者都是高压高温。由于外核的主要成分是铁，其密度远低于纯铁，因此被认为含有大量氢、氧等轻元素。确定这些轻元素的种类和数量，可以帮助我们更好地了解地球的起源，尤其是构成地球的物质以及地球离开地幔时的核心环境。但是，首先需要准确测出纯铁水在极端压力和温度下类似于熔核，这样密度才能比较。

随着压力的增加，铁的熔点也随之上升，这给超高压下液态铁的密度研究带来了困难。之前的高压铁水密度测量声称比堆芯条件下高10%左右，但假设使用的冲击压缩实验误差较大。

目前，我们的工作已经改进了这些测量结果，在SPring-8装置中使用高强度X射线测量超高压和高温下液态铁的X射线衍射，并应用新的分析方法计算液体密度。此外，在高达450，000个大气压的极端条件下测量了液体的声速曲线。收集各种温度和压力下的数据，再结合之前的冲击波数据，计算出整个岩心的密度。

目前，估计地球外核密度的最好方法是通过地震观测。将外核的密度与本研究中的实验值进行比较，发现纯铁的密度比地球外核的密度高8%左右。过去被认为是主要杂质的氧无法解释密度差异，说明其他轻元素的存在。这一发现向核心化学成分的估算迈出了重要一步，而核心化学成分的估算是地球科学的首要问题。

中岛洋一博士说：“世界各地已经有超过30年的尝试，在超高压下使用激光加热的钻石池来测量液体的密度、声速和液体结构，但到目前为止，这些尝试都没有成功。”合作的主要成员之一。“我们希望这项研究中的技术创新将大大加速高压下液体的研究。最终，我们相信这将加深我们对地球和其他岩石行星内部液态金属核心和岩浆的了解。”

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