日前在知名學術期刊《自然·地球科學》發表的一篇學術論文引發學界和媒體的廣泛關注。這篇由北京大學地球與空間科學學院宋曉東講席教授作為通訊作者、該院特聘副研究員楊翼博士作為第一作者的論文發現，地球內核從20世紀70年代初開始相對於地表超速旋轉，到2009年左右基本與地表同步，進而出現了相對於地表緩慢的反轉。

這一研究還首次推測出地球內核差速旋轉可能存在70年左右的擺動週期。當前我們對地球內核有哪些了解，了解地核又有何意義，科學家們如何對地核進行研究？對於這些問題，《環球時報》記者近日對宋曉東教授進行了專訪。

“地球內核反轉”出乎人們想像

現代科學界普遍認同的觀點是，地球平均半徑約6370公里，內部結構分為地殼、地幔和地核三部分，而地核又由固態內核及其外層的液態外核共同組成，但整體而言，科學家對於地球深處的了解依然十分有限，最深處的地球內核更像是一個“遙遠的星球”，它的物質構成、運動規律等都有待明確。

宋曉東長期致力於地球內部結構的研究，他與楊翼博士此次發表的研究成果，是長期研究積累的結果。他們利用所有能得到的近六十年來的數據，揭示了地球內核差速旋轉模式的變化，取得了關於地球內核運動的新突破。

但這個研究成果在互聯網上引起關注的同時，很多人在並不了解其真實科學意義的情況下，僅根據“地核反轉”這個名詞，就開始猜測，甚至將它與近期的土耳其大地震、全球變暖趨勢以及其他各種災難性事件聯繫到一起。

宋曉東向《環球時報》記者介紹稱，“地球內核反轉”的科學含義其實與很多人的字面理解並不一樣，它是指相對於地表的旋轉。研究發現，在過去幾十年中，地球內核相對於地表向東超速旋轉。該相對速度逐漸減慢，直到2009年左右，超速旋轉減緩至停滯，內核與地表幾乎呈同步狀態。在此之後，內核相對於地表向反方向、向西旋轉。

歷史數據顯示，內核的反轉似乎在20世紀70年代初也曾出現。因此，宋曉東研究團隊推測，內核旋轉相對於地表是震蕩的，根據20世紀70年代初和2009年兩個時間節點計算，這一震盪週期大約是六七十年。

除上述發現外，這一研究也顯示出地球內部變化對於其他地球現象的影響，例如地球磁場、地球自轉。宋曉東說，地球自轉不是勻速的，會發生微弱的變化。科學家已經對此進行了大量研究，了解到地表大氣、海洋等因素對於地球自轉的影響，但仍缺乏對地球內部因素如何在長周期內影響地球自轉等現象的認識。

宋曉東告訴《環球時報》記者，目前科學家已經觀測到地球自轉、磁場、海平面變化和氣候變化等都存在六七十年的周期，“這代表著地球內核的差速旋轉與這些地球現象存在一定的關聯性，但不一定是因果關係。這種關聯性的機理目前也還不清楚。”

上述研究成果既是全球科學家們長期觀測數據的“厚積薄發”，也是宋曉東二十多年來持續研究的“開花結果”，他對於地球內核旋轉的研究可以追溯至1996年。當時，通過對同一區域的地震傳遞到地表同一台站的地震波進行觀測分析，正在進行博士後研究的宋曉東發現，從震源發出後穿透內核傳播到台站的地震波的走時隨發震時間發生了系統變化。這一現象可以被解釋為地球外核產生的磁場對內核施加的電磁力矩驅動內核超速旋轉所致。

這一發現挑戰了傳統認知，即地球是一個整體，其所有圈層的旋轉保持同步，宋曉東和合作者、美國地震學家保羅·理查茲也成為最早發現地球內核可能以不同於地表的速度旋轉的科學家。

宋曉東向《環球時報》記者解釋稱，由於地幔和地球內核兩個固態圈層被中間的液態外核所隔開，從理論上講，如果有一個力矩作用在內核，它就可以相對於地幔進行轉動。1996年發表的研究成果正是對這一假設的驗證。

1996年的這項發現被國際知名學術期刊《自然》作為封面文章發表，並被《科學》雜誌評為當年十大科學突破之一，受到世界媒體廣泛報導，還登上了美國《紐約時報》的頭版頭條，它也為此次地球內核差速旋轉模式的研究奠定了基礎。

研究“深地”對了解生命有特殊意義

今年年初發表的這篇論文所呈現出的突破性以及人們對地球內部構造的好奇心，受到國內外的關注。在接受《環球時報》記者採訪時，宋曉東專門澄清了多個概念：首先，地球內核的差速旋轉是相對於地表而言的，這種相對運動相比地球的自轉很微小；其次，地球內核的差速旋轉對於地震、海嘯等自然現象影響也非常小。

由於論文的發表與今年2月土耳其發生的大地震相隔不到一個月，一些分析也將地球內核的旋轉變化同地震聯繫在一起。同樣長期研究地震學的宋曉東說，地震是地球近地表的應力積累和重新分佈造成的現象，受多種作用力影響。雖然地球內核有一定的作用力，但相對於其他作用力而言，並不是一個主要影響因素。

宋曉東坦言，地球內核的旋轉變化對於人類的日常生活鮮有影響，但地核作為深部地球整體的一部分，對地球宜居性的長期演化和影響是不可忽視的。我國也越來越重視“深地”方面的研究，並把地球作為一個整體系統來研究。事實上，對於地球內核的研究依然十分年輕。在100多年前的1906年，英國地質學家理查德·奧爾德姆才首次發現了地核的存在。地殼和地幔之間的界面（“莫霍面”）是1909年由克羅地亞科學家莫霍洛維奇發現，而內核是1936年由丹麥女科學家萊曼發現。

宋曉東告訴《環球時報》記者，從他在上世紀90年代攻讀博士學位以來，科學家對於地球內核的了解有著“非常了不起的進步”，在內核各向異性結構、分層結構、運動模式等方面都有一系列成果出現。

探索人類家園最深處的奧秘，對於包括宋曉東在內的科學家都有著巨大的吸引力。不僅如此，解密地球的深層結構對於了解生命、了解宇宙都有著獨特的意義。

地球中心到地表的距離約為6300多公里，這裡的溫度超過5000攝氏度，壓力超過300萬個大氣壓。在高溫高壓的極端環境下，物質可能會展現出不同於常溫常壓的性質和形態。中國科學院地球化學研究所去年在《自然》雜誌發表的一篇論文顯示，在地球核心的溫度和壓力下，多種鐵合金將轉變為超離子態。該研究也表明，地球內核可能並非傳統認知的固態，而是由固態鐵和流動的輕元素組成的超離子態。

宋曉東說，研究地核也有助於研究地球生命的起源。水是生命不可缺少的元素，但地球在形成早期並沒有海洋，海洋的形成與地球內部演化存在緊密的關聯。此外，地球的磁場也不是固有和不變的，地球的液態外核是流動的且與地球磁場相互作用，影響了磁場的演化。而地球磁場對於地球起到了一種保護作用，能夠將太陽粒子阻擋在磁層外面。

他還補充表示，很多研究行星物理的科學家也對地球本身很感興趣，研究地球本身就是了解行星的重要手段。

探索地球深處需更先進觀測手段

一直以來，由於直接採樣的困難，科學家對於地球深層結構的了解受限於觀測手段的發展。英國廣播公司此前發布的一篇科普文章曾介紹稱，人類關於地球內核的知識都是間接的，很大程度上依賴於地震學。地震發生後，地震波在地球內部的傳播，取決於它們通過的物質介質性質。地球物理學家利用這些信息來推斷地核處存在什麼，他們的地震儀相當於探測地球內部的望遠鏡。

宋曉東也對《環球時報》記者介紹稱，地震學是研究地核的主要觀測手段。此外，研究地球深層構造還可以通過理論手段、實驗和計算機模擬來實現。

宋曉東說，地球不同圈層有著不同的組分分異，例如地幔大部分是矽鋁質，地核主要是鐵鎳合金。基於地球分異的演化、不同溫度和壓力下物質的變化以及第一性原理，可以對地核進行一些理論上的預測和計算。

此外，實驗室內已經可以模擬地核的高溫高壓狀態，高壓通過金剛石壓砧實現，激光則可以進行加熱。通過此類實驗，科學家得以研究不同物質在高溫高壓下的狀態、是否發生相變等問題。

在過去幾十年中，不少人也曾嘗試過鑽井取樣，其中以蘇聯在科拉半島鑽下的超12公里深井最為知名。宋曉東告訴《環球時報》記者，鑽孔對於研究地球淺層有著重要意義，但它的缺點也很明顯：昂貴且無法鑽深。他表示，鑽孔內也可以佈置一些儀器，由於環境比較安靜，接收到的地震波信號會更好。

也有科學家提出過更加“瘋狂”的想法。加州理工大學的科學家戴夫·史蒂文森曾設想一種實現“地心之旅”的方式：在地球上製造一條長數百米的裂縫，將幾十萬甚至數百萬噸的鐵水倒入其中，利用這些鐵的重力讓裂縫不斷向下延伸，預計可以將探測器送至地下3000公里處以收集數據。雖然史蒂文森的設想經過了一些論證，但目前仍是一個幻想。

宋曉東說，人們對地球深層構造的了解受限於現階段的科技水平和視野，很難想像未來是否能有新的探測手段和新的科研突破。“但人類需要有激情、有夢想”，宋曉東表示，說不定未來會發明出一種合成物質能夠承受地球深層的高溫高壓，“這種自我反省和對夢想的不斷追求是人類作為高級生命的獨特之處。”