一直以来，我们认为地球的内部是由地壳、地幔、外核和内核组成的。虽然地壳和上地幔的浅层结构已经被被描绘得非常详尽，但关于更深处的结构，我们仍处于探索阶段。近年来，越来越多的证据表明，地球的固体内核是由不同层组成的，只是仍不清楚它们的性质。

地球的结构。（图/Wikimedia Commons）

现在，在一项发表在《自然通讯》上的新研究中，一组科学家通过利用多个地震计检测来回穿过地球中心的地震波，确认了在内核之内，还嵌有一个独特的金属球体，即存在一层“最内层内核”。

  窥探地球的内部  

当地震学家想要了解地球深层的内部细节时，他们会利用大地震的地震波，以及用来记录地面运动和地球振动的地震计等仪器。在大地震发生后，地球会像钟摆一样振动，振动时间可长达几天。这可以为想要通过地震波来研究地球内部细节的科学家，提供足够多的数据。

然而，震源和地震计并非平均地分布在地球各地，大多数大地震都发生在板块边缘附近，比如环太平洋的火山带，而地震计则主要被安装在陆地之上。

此外，由于内核虽占地球半径的1/5，但实则只占地球不到1%的体积。因此，要想观察地球中心如此小的一处体积，通常需要将地震计放置在地球的另一侧，即所谓的地震对跖点。如此一来，科学家就可以观测地震波多次来回得穿过地球中心。‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

  反弹地震波  

在新的研究中，研究人员对过去十年中的约200次6级以上的地震数据进行了分析。他们采用了震源附近以及对跖点的波形数据，观测到了由地震产生的多达5次的在地球两端来回传播的强烈地震波。

他们发现，随着地震波穿过地核，波的强度会逐渐显示出减弱的迹象。于是，他们采用了一种名为“叠加”的技术，将来自单个事件的波形结合起来，为地球的最内层内核构建出了更详细的图像。最终检测到了这样一个存在于内核最内部的结构。‍‍‍‍‍

沿着地球直径来回反射5次的地震波，为探测地球内核的结构提供了一种新的方法。

有趣的是，他们并没有在最内层金属球和内核的外层之间发现潜在的化学成分差别，这二者看起来都是由铁镍合金和少量较轻的化学元素构成的。这一点与在地球的其他一些层级之间出现的情况不同。

另外，他们还发现从这个最内层内核的固体球体到同样是固体的外层内核的转变，似乎是渐进的，而非急剧的。这就是为什么我们无法通过地震波的直接反射来观测它。这一点也与在地球内部的其他层级之间观察到的明显界限有所不同。

  各向异性确认球中小球  

那么，新研究究竟是观测到了什么，才得出了存在这样一个最内部内核的结论？

答案是，各向异性的差异。所谓各向异性指的是材料的一种特性，在拥有这种特性的材料中传播的地震波，其传播的速度和方式会因传播方向的不同而不同。速度的不同可能是由高温高压下的铁原子的不同排列引起的，也可能是由晶体生长时原子的排列引起的。

研究人员发现，地震波在地球内核的最里层（估计约有650千米厚）的传播方式，与在内核外层的传播方式不同。已经有证据表明，内核的外层是各向异性的。地震波的最慢方向是在赤道面上，最快方向是平行于地球的自转轴的方向。‍‍‍‍

相比之下，内核中的最内层部分的最慢传播方向与赤道面形成一个斜角。也就是说，穿过内核的最内层的波的减慢方向，与穿过外层的波的减慢方向不同。这一点至关重要，因为它标志着在内核的最内部，存在“明显不同的”各向异性。

  地球内核与地表生命史  

这是一项令人兴奋的研究，研究中所使用的技术为探测地球内核及其中心区域提供了一种有效的新方法。其实，这种技术通常用于矿产勘探，但在地球物理学中并不常用。它的一个关键优势就在于，这些数据来自于在地球内部沿地球直径传播并多次反弹穿过地球中心的地震波，通过捕捉这些地震波，可以帮助研究人员获得一个无与伦比的最内部内核的图像。

研究地球的核心除了满足我们的好奇心之外，还具有其他重要的学术意义，比如它可以帮助我们理解地球的固体内核是如何形成的，了解地球磁场的形成，进而揭示地球表面的生命进化过程。