——　第二部分　国家自然科学基金项目成果巡礼　——

　　地球是由地壳、地幔、地核三部分组成。地核的体积为地球的1/16, 质量占整个地球的1/3，并且对全球的能量平衡和地球动力学过程有着重要的影响。外地核的主要成分是铁，同时含有10%（重量百分比）的轻元素，例如C（碳)、H（氢)、O（氧)、S（硫)、Si（硅）等。尽管这些轻元素的含量很少，却严重影响着发生在地球深部的许多重大地球物理事件，例如地球深部的热流、固体内地核的生长、外地核的成分对流以及地球磁流体发电机的演化和运行机制等。因此有关外地核中轻元素的种类和含量的限定一直是地球科学的前沿热点问题，但是近60年来尚未得到解决。

　　以人类目前的技术水平而言，很难直接提取外地核的样本进行研究。即使能够得到地核中的样本，其在地表环境下的性质与外地核环境下的性质有着较大的区别。因为随着深度的变化，地球内部的温度和压强在逐渐增加（如图1所示），物质在地球深部的性质与地表环境下的性质有着非常大的差异。例如根据地震波探测结果，地球物理学家已经发现外地核物质的密度和声速随深度迅速增加。然而至今在实验室条件下仍然很难测量到外地核候选物质在地核温度和压强环境下的密度和声速。因此通过改进实验技术，并和地震波数据以及其它模型相结合是限定外地核成分的重要方法之一。

　　在国家自然科学基金的资助下，武汉理工大学的黄海军等人在中国工程物理研究院经福谦院士和美国卡内基科学研究中心地球物理实验室的费英伟研究员的指导下，应用冲击波实验测量了外地核候选物质——液态Fe-O-S混合物在外地核环境下的密度和声速。冲击波实验的主要原理是通过高速碰撞，在样品内部产生非常高的——足以和地核环境相似的压强和温度。通过改进的电学和光学测量方法，可以准确测量冲击波经过时处于高温高压环境下样品内部的压强、密度和声速等重要信息。将测量结果与地震波给出的外地核的密度和声速相比，富氧的Fe-O-S混合物体系的密度和声速与外地核的密度和声速并不匹配，即排除了氧元素作为外地核主要候选轻元素的可能性。这个结论与人们的传统认知截然相反。因为在行星中含有大量的氧元素，因此通常认为氧元素是外地核的主要轻元素之一。这个实验结果表明早期地球吸积过程是在还原条件下完成的，这对地球物理和化学建模有着重要的意义。

　　上述成果发表在Nature，Journal of Geophysical Research，Geophysical Research letter等国际知名期刊上，国际知名地球物理学家Thomas Duffy在Nature期刊上对上述研究成果进行了评论，他认为应用冲击波实验方法即将可以解决外地核中轻元素的问题。ScienceNews，ScienceDaily也对此研究成果进行了报道。