地球也會生銹

　　地球表面上的鐵——無論是小釘子還是大鐵柱，長期暴露在潮濕的空氣中都會慢慢發紅、變脆，我們將這種變化稱為生銹，其本質是鐵發生了氧化反應，生成了氧化鐵，也就是鐵銹。據我們所知，地球的核心流動著巨量的熔融鐵水，那么地核會生銹嗎?

　　地核有生銹條件嗎?

　　鐵不會平白生銹，只有遇到水和氧才會生銹，地核里的鐵是否有生銹的條件呢?

　　雖然地核究竟有些什么，人類目前還沒辦法親眼看到，但有一些間接證據表明，地核很可能有許多水。地核的水是怎么來的?科學家對此有不同的猜測，有的人認為是地球形成早期，撞擊地球的小行星將大量的水塞到了地核中，還有的人認為地核的水來自地球本身，板塊運動將地表水帶入了地核。

　　在高溫高壓的地核中，水分子的結構與地表水不太一樣。水被加熱時，分子運動會比低溫狀態下更加活躍，甚至從液態變為氣態，但高壓卻會禁錮水分子，迫使其留在原位。這兩種相互矛盾的力量造成了水分子結構的變化，一大部分水分子會在高壓作用下，失去一個氫原子，變成羥基(-OH)。變成羥基之后，氧的身邊只剩下一個氫，這兩個原子會緊緊地“報團取暖”，結合得更加牢固，總體積也變得更小，最終得以藏身于其它礦物質里。

　　2017年，北京高壓科學研究中心的科學家們進行了這樣一個模擬實驗：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，并用激光進行加熱，隨后用質譜技術分析了樣品的轉化過程。實驗結果表明，當鐵在接近100萬個大氣壓的壓力下(類似于下地幔深處的壓力)遇到水分(包括含水礦物)時，會形成過氧化鐵或氧化鐵。換句話說，地核中的鐵遇到水也會生銹。

　　那么地核究竟有沒有生銹呢?科學家找到一些間接證據證實了這一點。地震波是我們認識地質結構的主要手段，有研究表明，如果地核存在鐵銹結構，我們收集到的地震波也可能有明顯變化——氧化鐵的存在會導致穿過它的地震波速度顯著降低。目前，科學家已經發現了近50個地震波速度異常減慢的情況，它們多發生在地核和地幔的交界地帶，科學家推測，這種減速情況很可能就是氧化鐵引起的。由此可見，地球很可能擁有一顆生銹的“心靈”。

　　生銹的地球孕育生命

　　科學家之所以熱衷于探究“地球到底有沒有生銹”這個看起來有些無厘頭的問題，其目的是追尋地球上最早的氧氣究竟來源于何處。

　　像大多數外星球一樣，地球形成初期是沒有氧氣的，直到24億年前，大氧化事件突然發生，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，這才有了后來的有氧生物演化乃至于人類起源。可以說，沒有氧氣也就沒有人類。那么，這么重要的氧氣是從哪里來的?

　　傳統的觀點認為，大氧化事件是藍細菌的功勞，大量的藍細菌通過光合作用將大氣中的二氧化碳轉化成了氧氣。可是，這一假說仍存在一些疑問。藍細菌也是需氧生物，在氧氣稀少的時期，這么多的藍細菌為何會忽然爆發?于是，一些科學家提出了新的假說：地球的氧氣其實是來自地核。乍聽起來，這個假說很不可思議，地核充斥著鐵水，怎么可能無中生有出大量的氧氣呢?但是，如果地球具有一個生銹的“心靈”，這個假說就有了實現的可能性：當氧化鐵遷移到地核較熱的區域時，隨著地幔對流的流動，氧化鐵很可能會分解成鐵單質、水和氧氣，堆積的氧氣得以從地殼縫隙中進入大氣。

　　近年來有一些研究表明，33億年前地球曾發生過大規模的板塊運動，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就發生了。鐵銹可能會在核幔邊界處逐漸堆積，從而產生超低電壓區。在地幔對流的驅動下，當鐵銹到達地幔柱根部的較熱區域時，它會升溫并變得不穩定甚至分解。

　　就像火山間歇性爆發一樣，鐵銹在高溫驅動下發生分解進而產氧也是階段性發生的，這導致大氣中的氧氣含量忽高忽低，不規律地變化。與藍細菌進行光合作用使得氧氣含量不斷增加相比，地核產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。從這點上看，地核產氧假說也比藍細菌假說更有說服力一些。

　　地核是否真的會生銹?生銹的地核是否會釋放大量的氧氣?這些問題的答案不僅有助于解釋地球氧氣的來源，還與未來的大氣變化息息相關——如果生銹的地核真的是一個巨大的產氧呼吸機，那么下一次的大氧化事件隨時可能到來。而大氣氧氣的含量并不是越多越好的，對人類來說，濃度過高的氧氣會導致醉氧甚至氧中毒，氧氣的增加還可能造成氣溫下降、碳氧失衡等，對地球環境會造成巨大影響。果真如此的話，我們就需要想好應對之策。