固態(tài)內(nèi)核是地球的最內(nèi)部圈層，內(nèi)核在結(jié)晶固化過程中向外核釋放大量的熱能和輕元素，驅(qū)動(dòng)鐵鎳合金的液態(tài)外核強(qiáng)對(duì)流，產(chǎn)生并維持著地球磁場(chǎng)。內(nèi)核的結(jié)晶固化是在內(nèi)外核邊界（ICB）處發(fā)生的，劇烈的成分對(duì)流和ICB上熱交換的變化可能控制晶體生長(zhǎng)過程。內(nèi)外核邊界的物性結(jié)構(gòu)及形態(tài)特征，是理解內(nèi)核生長(zhǎng)機(jī)制、熱化學(xué)演化及內(nèi)外核相互作用等動(dòng)力學(xué)過程的關(guān)鍵，對(duì)于地球內(nèi)部運(yùn)行機(jī)制與宜居性研究具有重要意義。

　　　　內(nèi)外核邊界是地球深處的相變面，之前學(xué)者們認(rèn)為外核的溫度橫向變化比較小，ICB被認(rèn)為是平緩尖銳的界面。然而，冶金學(xué)中研究表明液態(tài)金屬冷凝結(jié)晶過程中，由于固液界面的形態(tài)不穩(wěn)定性通常會(huì)導(dǎo)致糊狀區(qū)域結(jié)構(gòu)的形成。因而，上世紀(jì)80年代起，學(xué)者們推斷ICB處可能存在模糊層，并推測(cè)其熱動(dòng)力學(xué)厚度可能是數(shù)百公里，也可能只有數(shù)百米。最近礦物物理學(xué)家利用持續(xù)晶胚法和分子動(dòng)力學(xué)模擬研究了內(nèi)核的結(jié)晶過程，發(fā)現(xiàn)亞穩(wěn)體心立方(bcc)鐵在內(nèi)核條件下的成核速率遠(yuǎn)高于hcp鐵，基于此提出了兩步成核假說，即內(nèi)核結(jié)晶過程中可能先形成亞穩(wěn)態(tài)bcc鐵，之后再逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)態(tài)的hcp結(jié)構(gòu)的鐵晶體，這可能會(huì)造成ICB物性結(jié)構(gòu)的橫向變化。地球內(nèi)外核邊界位于5100多千米的深處，難以直接觀測(cè)或采樣，其形態(tài)特征、物理性質(zhì)及結(jié)晶成核機(jī)制研究是一個(gè)復(fù)雜且具有挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域。地震波可以穿透全球，PKiKP、PKIKP、PKIIKP及PKP-Cdiff等觀測(cè)震相攜帶了內(nèi)外核邊界結(jié)構(gòu)的豐富信息。幾十年來，隨著全球觀測(cè)數(shù)據(jù)的積累及計(jì)算能力的提升，近年來研究者基于高頻地震波的幅度或者波形對(duì)ICB小尺度進(jìn)行了研究，提出ICB可能不是一個(gè)平坦尖銳的簡(jiǎn)單界面，而存在局部分層、小尺度地形起伏或固體斑塊堆積等復(fù)雜性結(jié)構(gòu)。但之前的研究對(duì)ICB采樣的地震波觀測(cè)比較少，目前對(duì)ICB的精細(xì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)依然比較有限，妨礙了對(duì)內(nèi)外核之間熱化學(xué)、地球動(dòng)力學(xué)相互作用及內(nèi)核結(jié)晶機(jī)制的深入理解。

　　研究區(qū)內(nèi)外核邊界（ICB）結(jié)構(gòu)模型與示意圖

　　近日，精密測(cè)量院學(xué)者與國內(nèi)外同行開展合作，基于地震臺(tái)陣技術(shù)對(duì)高頻前臨界反射PKiKP波形數(shù)據(jù)集進(jìn)行了細(xì)致分析，通過全波形反演構(gòu)建了研究區(qū)ICB精細(xì)結(jié)構(gòu)模型，發(fā)現(xiàn)中亞、西伯利亞、及東北亞部分區(qū)域的ICB并非簡(jiǎn)單平滑界面，而存在2-7km厚的低速分層結(jié)構(gòu)，該低速層可能是固體內(nèi)核結(jié)晶過程中形成的糊狀層或者bcc與hcp結(jié)構(gòu)的鐵晶體的局部共存，該成果為內(nèi)核結(jié)晶機(jī)制研究提供了關(guān)鍵信息。

　　相關(guān)研究成果以“Small-scale layered structures at the inner core boundary”為題發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》（Nature Communications）上，精密測(cè)量院為論文的第一完成單位。精密測(cè)量院副研究員張寶龍為第一作者，研究員倪四道為通訊作者。

　　該研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。

　　全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-42177-7