一項突破性研究揭示，地球表面的水到達地核，改變了地核的成分，並顯示地核與地函之間的相互作用更加活躍，全球水循環也更加複雜。幾十年前，地震學家在地球深部成像時發現了一層薄薄的水層，厚度只有幾百公里。直到現在，這個被稱為”E質層”的薄層的起源一直是個謎。

圖示由於水引起的化學反應，矽晶體從地球外核的液態金屬流出。資料來源：Dan Shim/美國科學院大學

由亞利桑那州立大學科學家沈丹（Dan Shim）、金泰賢（Taehyun Kim）和地球與太空探索學院的約瑟夫-奧羅克（Joseph O’Rourke）組成的國際研究小組揭示，來自地球表面的水可以滲透到行星深處，改變金屬液體內核最外層區域的成分，形成一個獨特的薄層。

他們的研究成果於11月13日發表在《自然-地球科學》（Nature Geoscience）雜誌。

研究表明，數十億年來，地表水被下降或俯衝的構造板塊輸送到地球深處。在到達地表下約1800英里的地核-地函邊界時，這些水引發了深刻的化學作用，改變了地核的結構。

地球內部示意圖，顯示了俯沖水和上升的岩漿柱。在俯沖水與地核的交界處，發生了化學交換，在最上層的外核形成了富氫層，而在地函底部則形成了緻密的二氧化矽。資料來源：延世大學

地核-地函邊界的化學交互作用

Shim 和他的團隊與韓國延世大學的Yong Jae Lee 一起，透過高壓實驗證明，俯沖水與地核材料發生了化學反應。這種反應形成了富氫、貧矽層，將最頂部的外核區域改變成薄膜狀結構。此外，反應生成的二氧化矽晶體上升並融入地函。據預測，這種經過改造的液態金屬層密度較小，地震速度降低，與地震學家繪製的異常特徵一致。

“多年來，人們一直認為地核與地函之間的物質交換很小。然而，我們最近的高壓實驗卻揭示了不同的情況。我們發現，當水到達地核-地函邊界時，會與地核中的矽發生反應，形成二氧化矽。」這項發現以及我們先前觀察到的水與鐵液中的碳在極壓下發生反應形成鑽石的現象，都顯示地核與地函之間的相互作用較活躍，表示存在大量的物質交換。

這項發現推進了我們對地球內部過程的了解，顯示全球水循環比以前所認識到的更為廣泛。改變了的地核”薄膜”對連接地表水循環和深層金屬內核的地球化學循環有著深遠的影響。