地球表面上的鐵——無(wú)論是小釘子還是大鐵柱，長(zhǎng)期暴露在潮濕的空氣中都會(huì)慢慢發(fā)紅、變脆，我們將這種變化稱(chēng)為生銹，其本質(zhì)是鐵發(fā)生了氧化反應(yīng)，生成了氧化鐵，也就是鐵銹。據(jù)我們所知，地球的核心流動(dòng)著巨量的熔融鐵水，那么地核會(huì)生銹嗎?

　　地核有生銹條件嗎?

　　鐵不會(huì)平白生銹，只有遇到水和氧才會(huì)生銹，地核里的鐵是否有生銹的條件呢?

　　雖然地核究竟有些什么，人類(lèi)目前還沒(méi)辦法親眼看到，但有一些間接證據(jù)表明，地核很可能有許多水。地核的水是怎么來(lái)的?科學(xué)家對(duì)此有不同的猜測(cè)，有的人認(rèn)為是地球形成早期，撞擊地球的小行星將大量的水塞到了地核中，還有的人認(rèn)為地核的水來(lái)自地球本身，板塊運(yùn)動(dòng)將地表水帶入了地核。

　　在高溫高壓的地核中，水分子的結(jié)構(gòu)與地表水不太一樣。水被加熱時(shí)，分子運(yùn)動(dòng)會(huì)比低溫狀態(tài)下更加活躍，甚至從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，但高壓卻會(huì)禁錮水分子，迫使其留在原位。這兩種相互矛盾的力量造成了水分子結(jié)構(gòu)的變化，一大部分水分子會(huì)在高壓作用下，失去一個(gè)氫原子，變成羥基(-OH)。變成羥基之后，氧的身邊只剩下一個(gè)氫，這兩個(gè)原子會(huì)緊緊地“報(bào)團(tuán)取暖”，結(jié)合得更加牢固，總體積也變得更小，最終得以藏身于其它礦物質(zhì)里。

　　2017年，北京高壓科學(xué)研究中心的科學(xué)家們進(jìn)行了這樣一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)：他們將與地核和地幔中的化合物高度相似的金屬和含水硅酸鹽壓縮到金剛石砧內(nèi)，并用激光進(jìn)行加熱，隨后用質(zhì)譜技術(shù)分析了樣品的轉(zhuǎn)化過(guò)程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)鐵在接近100萬(wàn)個(gè)大氣壓的壓力下(類(lèi)似于下地幔深處的壓力)遇到水分(包括含水礦物)時(shí)，會(huì)形成過(guò)氧化鐵或氧化鐵。換句話(huà)說(shuō)，地核中的鐵遇到水也會(huì)生銹。

　　那么地核究竟有沒(méi)有生銹呢?科學(xué)家找到一些間接證據(jù)證實(shí)了這一點(diǎn)。地震波是我們認(rèn)識(shí)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的主要手段，有研究表明，如果地核存在鐵銹結(jié)構(gòu)，我們收集到的地震波也可能有明顯變化——氧化鐵的存在會(huì)導(dǎo)致穿過(guò)它的地震波速度顯著降低。目前，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了近50個(gè)地震波速度異常減慢的情況，它們多發(fā)生在地核和地幔的交界地帶，科學(xué)家推測(cè)，這種減速情況很可能就是氧化鐵引起的。由此可見(jiàn)，地球很可能擁有一顆生銹的“心靈”。

　　生銹的地球孕育生命

　　科學(xué)家之所以熱衷于探究“地球到底有沒(méi)有生銹”這個(gè)看起來(lái)有些無(wú)厘頭的問(wèn)題，其目的是追尋地球上最早的氧氣究竟來(lái)源于何處。

　　像大多數(shù)外星球一樣，地球形成初期是沒(méi)有氧氣的，直到24億年前，大氧化事件突然發(fā)生，地球上的氧氣一夜之間劇增到大氣的五分之一左右，并且維持至今，這才有了后來(lái)的有氧生物演化乃至于人類(lèi)起源?？梢哉f(shuō)，沒(méi)有氧氣也就沒(méi)有人類(lèi)。那么，這么重要的氧氣是從哪里來(lái)的?

　　傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為，大氧化事件是藍(lán)細(xì)菌的功勞，大量的藍(lán)細(xì)菌通過(guò)光合作用將大氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化成了氧氣?？墒?，這一假說(shuō)仍存在一些疑問(wèn)。藍(lán)細(xì)菌也是需氧生物，在氧氣稀少的時(shí)期，這么多的藍(lán)細(xì)菌為何會(huì)忽然爆發(fā)?于是，一些科學(xué)家提出了新的假說(shuō)：地球的氧氣其實(shí)是來(lái)自地核。乍聽(tīng)起來(lái)，這個(gè)假說(shuō)很不可思議，地核充斥著鐵水，怎么可能無(wú)中生有出大量的氧氣呢?但是，如果地球具有一個(gè)生銹的“心靈”，這個(gè)假說(shuō)就有了實(shí)現(xiàn)的可能性：當(dāng)氧化鐵遷移到地核較熱的區(qū)域時(shí)，隨著地幔對(duì)流的流動(dòng)，氧化鐵很可能會(huì)分解成鐵單質(zhì)、水和氧氣，堆積的氧氣得以從地殼縫隙中進(jìn)入大氣。

　　近年來(lái)有一些研究表明，33億年前地球曾發(fā)生過(guò)大規(guī)模的板塊運(yùn)動(dòng)，一些巨型板塊向地核方向俯沖下去，將含水礦物帶到了核幔邊界處。如果是這樣，地球生銹可能在第一塊古地殼與地核相遇時(shí)就發(fā)生了。鐵銹可能會(huì)在核幔邊界處逐漸堆積，從而產(chǎn)生超低電壓區(qū)。在地幔對(duì)流的驅(qū)動(dòng)下，當(dāng)鐵銹到達(dá)地幔柱根部的較熱區(qū)域時(shí)，它會(huì)升溫并變得不穩(wěn)定甚至分解。

　　就像火山間歇性爆發(fā)一樣，鐵銹在高溫驅(qū)動(dòng)下發(fā)生分解進(jìn)而產(chǎn)氧也是階段性發(fā)生的，這導(dǎo)致大氣中的氧氣含量忽高忽低，不規(guī)律地變化。與藍(lán)細(xì)菌進(jìn)行光合作用使得氧氣含量不斷增加相比，地核產(chǎn)氧更可能使大氣氧氣含量最初迅速上升，隨后又下降——這與大氧化事件后氧氣的變化水平一致。從這點(diǎn)上看，地核產(chǎn)氧假說(shuō)也比藍(lán)細(xì)菌假說(shuō)更有說(shuō)服力一些。

　　地核是否真的會(huì)生銹?生銹的地核是否會(huì)釋放大量的氧氣?這些問(wèn)題的答案不僅有助于解釋地球氧氣的來(lái)源，還與未來(lái)的大氣變化息息相關(guān)——如果生銹的地核真的是一個(gè)巨大的產(chǎn)氧呼吸機(jī)，那么下一次的大氧化事件隨時(shí)可能到來(lái)。而大氣氧氣的含量并不是越多越好的，對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)，濃度過(guò)高的氧氣會(huì)導(dǎo)致醉氧甚至氧中毒，氧氣的增加還可能造成氣溫下降、碳氧失衡等，對(duì)地球環(huán)境會(huì)造成巨大影響。果真如此的話(huà)，我們就需要想好應(yīng)對(duì)之策。