科學講堂：鐵質組成地核 攪動地球磁場
不知道大家有沒有讀過這樣的一個科幻故事：一群外星人來到地球，本想能夠運用他們超凡的科技在地球「大展拳腳」，不料卻發現他們受制於一種無形的力量，處處動不得其正，只得放棄控制地球的念頭。這種看不着、但又無處不在的力量，其實就是我們常見的磁力。地球的磁力，跟地球中央的核心息息相關。這個核心位於我們腳底下五千多公里的深處，我們對它的認識有多深呢？今次就跟各位分享一些地球核心的故事。
擋開高能量輻射 保護生物免受傷
在上面提到的故事之中，磁力起了保護地球的作用；在現實之中，地球的磁力也一樣發揮了保護生物的功能。從太陽甚至宇宙各處射來的高能量輻射，會受地球磁場的影響而改變方向，不會直接到達地球表面，避免了各種生物因此受到傷害。不過，地球的磁場一直都是固定的嗎？原來一些礦物帶有磁性，例如鈦磁鐵礦（Titanomagnetite），就受地球的磁場影響。當它們成為岩石的時候，就會將當時地球磁場的狀況記錄下來。
如果我們能找到遠古時代這些帶磁性的岩石，就可以知道當時地球的磁場了。利用這個方法，科學家們發現在大約五億六千萬年前，當時地球磁場的強度只有現在的十分之一，可能導致來到地球的輻射大幅增加，令當時還在發展的生物受到傷害。不過在三千年之後（也就是距今大約五億三千萬年前），地球磁場的強度增大到現今數值的百分之七十，正好與寒武紀之中生物種類大幅增多的時間一致。
這種地球磁場的改變，可能跟地球的內部核心有關。假如我們能把整個地球切開，看起來頗像一顆雞蛋，表面的「蛋殼」就是生物生存的地殼部分，而「蛋白」就是高溫的熔岩部分（也就是所謂的地幔），至於「蛋黃」就是地球的核心。這個核心的成分以鐵為主，相信是在地球形成的時候，因為鐵較重而慢慢沉積到地球的深處。地球的核心有着帶電荷的離子；當它們跟隨地球自轉而繞圈，就能形成磁場。
地震波改變方向 推測地核有固體
地球的核心深達地下五千公里，又是如何被我們發現的呢？原來這與地震有關。每次地震發生，都會產生兩種地震波。第一種（稱為P波）跟聲波一樣，以物料膨脹、收縮的形式推進，因此也可以如聲波一樣在液體中傳遞；第二種地震波（稱為S波）卻不能通過液態的物料。
地震學家們發現，每次地震發生，第二種波都不能傳送到地球的另一面。這代表地球的中心（也就是核心的區域）處於液體的狀態，所以就像一個屏障一樣，阻擋S波傳到地球的另一邊。
到了1930年代，丹麥女地震學家萊曼（Inge Lehmann）發現一些P波以獨特的角度前進；這樣的角度，是因為P波撞到了密度高的物料，反彈開來而成的。這代表地球的核心並不全部是液體，反而有一個「內核」，當中主要是固體的鐵。
有科學家認為，液態的鐵在結晶成內核中的固體時，也會釋放出較輕的元素（例如氧和矽）。這些元素在上升到地球較淺層的同時，會攪動地球核心中的離子，從而增強了地球磁場的強度。這可能就是寒武紀時期地球磁場增強的原因。
地球的核心位於地底的深處，要細心認識並不容易，卻又對我們有着重大的影響。希望在不遠的未來，相關的研究能夠讓我們知道得更多。
◆ 杜子航 教育工作者
早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。
