2022年04月07日 11:17
新浪科技
地幔主要由矽酸鹽礦物質構成。根據對其它岩質行星的密度計算結果，其內部成分也可能以矽酸鹽為主。在地球上，矽酸鹽在高溫高壓下經曆的結構變化決定了地球內部的不同分層，比如上地幔、下地幔等等。此次研究團隊致力於弄清在系外行星環境中會出現哪些新型矽酸鹽結構、以及這些結構會有怎樣的表現。
新浪科技訊 北京時間4月7日消息，據國外媒體報道，在地球深處發生的物理和化學現象對我們所知的生命形式至關重要。但在那些遙遠星球的地下深處，又有哪些力量在發揮作用呢？這些條件又會對星球的宜居性造成怎樣的影響呢？
卡內基地球與行星實驗室利用模擬手段、找到了一種全新的晶體結構，將在很大程度上影響我們對大型岩質行星內部的了解。
地球內部活動對維持適宜生命存活的表面環境至關重要，例如驅使「地球發電機」產生磁場、影響大氣組成等等，而在所謂「超級地球」這些大型岩質行星深處，情況甚至會比地球更加極端。
地幔主要由矽酸鹽礦物質構成。根據對其它岩質行星的密度計算結果，其內部成分也可能以矽酸鹽為主。在地球上，矽酸鹽在高溫高壓下經曆的結構變化決定了地球內部的不同分層，比如上地幔、下地幔等等。此次研究團隊致力於弄清在系外行星環境中會出現哪些新型矽酸鹽結構、以及這些結構會有怎樣的表現。
利用鍺酸鎂（該物質與地幔中含量最高的矽酸鹽礦物質之一非常相似），該研究團隊設法掌握了一些「超級地球」等大型岩質系外行星的礦物學信息。當壓力達到地球大氣壓的200萬倍時，該物質的物相會發生轉變，形成一種獨特的晶體結構，其中每個鍺原子可以與八個氧原子相結合。這種新型礦物質將對系外行星的內部溫度和反應動態產生強烈影響。
幾十年來，卡內基實驗室的研究人員一直在牽頭開展這方面的研究，將各類材料樣品置於極端高溫和高壓之下、試圖複制出行星內部環境。但科學家在實驗室中複制系外行星內部環境的能力有限。理論模型顯示，在質量達地球四倍的岩質行星地幔層的高壓之下，矽酸鹽會經曆幾種全新的礦相轉變。但我們還從未真正觀察到過這種轉變過程。
不過，鍺可以被視作矽的「完美替身」。這兩種元素可以形成相似的晶體結構，但鍺發生化學物相轉變所需的溫度和壓力都比矽低得多，因此在實驗室中更容易控制和實現。
利用鍺酸鎂（該物質與地幔中含量最高的矽酸鹽礦物質之一非常相似），該研究團隊設法掌握了一些「超級地球」等大型岩質系外行星的礦物學信息。當壓力達到地球大氣壓的200萬倍時，該物質的物相會發生轉變，形成一種獨特的晶體結構，其中每個鍺原子可以與八個氧原子相結合。
最有趣的一點是，這是兩種完全不同的元素，在該結構中居然可以相互替代。在正常條件下，大多數矽酸鹽和鍺酸鹽都會形成所謂的四面體結構：一個矽原子或鍺原子位於中間，與另外四個原子相結合。但在極端條件下，情況也會有所改變。
人們之前發現，在極端條件下，矽酸鹽中的矽可以與六個原子結合、而不僅僅是四個，這已經顛覆了科學家對地球深處的認知，而此次發現這個數字可以進一步增加到八，更是會對我們對系外行星內部動態的理解產生革命性的影響。（葉子）
圖1：地幔主要由矽酸鹽礦物質構成。根據對其它岩質行星的密度計算結果，其內部成分也可能以矽酸鹽為主。在地球上，矽酸鹽在高溫高壓下經曆的結構變化決定了地球內部的不同分層，比如上地幔、下地幔等等。此次研究團隊致力於弄清在系外行星環境中會出現哪些新型矽酸鹽結構、以及這些結構會有怎樣的表現。
圖2：利用鍺酸鎂（該物質與地幔中含量最高的矽酸鹽礦物質之一非常相似），該研究團隊設法掌握了一些「超級地球」等大型岩質系外行星的礦物學信息。當壓力達到地球大氣壓的200萬倍時，該物質的物相會發生轉變，形成一種獨特的晶體結構，其中每個鍺原子可以與八個氧原子相結合。這種新型礦物質將對系外行星的內部溫度和反應動態產生強烈影響。
