地球磁場能夠保護我們免受宇宙有害射線的侵害，生命的出現(xiàn)也與地球磁場息息相關(guān)。那么，究竟是什么支撐了地球磁場的穩(wěn)定存在呢？中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所（以下簡稱“固體所”）特聘研究員亞歷山大·岡察洛夫（Alexander·Goncharov）領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊對這一問題做出了回答：他們利用金剛石對頂砧并結(jié)合脈沖激光加熱技術(shù)，將地球內(nèi)部極端高溫高壓條件下鐵的熱運動直觀地呈現(xiàn)在我們面前。這一研究工作于6月2日在線發(fā)表在《自然》雜志上（Nature 534, 99–101）。
地球內(nèi)部處于高溫高壓環(huán)境，其中內(nèi)地核主要成分是固態(tài)鐵，外地核為液態(tài)鐵，液體鐵的運動形成地磁場。“地核的壓力有幾百萬個大氣壓，溫度有幾千開爾文，人們想要了解的是在這種極端條件下，熱量如何在地核中傳播。因為地球磁場對這種熱運動極其敏感，而正是這部分運動的能量在源源不斷的維持地球磁場的存在。” 岡察洛夫研究員說。
科研團隊通過金剛石對頂砧高壓技術(shù)結(jié)合激光脈沖加熱，從而獲得了上百萬大氣壓、1600-3000攝氏度的極端條件，成功模擬了地核內(nèi)部的極端高溫高壓環(huán)境，并利用動態(tài)光譜學(xué)方法，準(zhǔn)確測量了該條件下鐵樣品的熱導(dǎo)率。研究發(fā)現(xiàn)，鐵的熱導(dǎo)率范圍為每開爾文每米18至44瓦，這與地球早期磁場的模擬結(jié)果一致，證實了在地球剛剛形成的最早期，液態(tài)鐵在地球內(nèi)部不斷對流產(chǎn)生“發(fā)電機”效應(yīng)，從而在地球外部形成磁場，保證了地球的不斷演化成型和生命物質(zhì)的產(chǎn)生。
研究表明，地核中鐵的熱運動不僅能夠維持地球發(fā)電機的不斷運轉(zhuǎn)和地磁場的穩(wěn)定存在，而且還保證了地核中的熱輻射不會強烈地傳播到地球表面，進而使得地球在漫長的演化過程中，逐漸冷卻到允許生命產(chǎn)生的溫度條件。
作為固體所引進的“外專千人計劃”專家，岡察洛夫研究員領(lǐng)導(dǎo)科研團隊搭建了完善的高溫高壓實驗系統(tǒng)，可實現(xiàn)200 萬大氣壓、5000攝氏度以上的極端高溫高壓條件，并正在發(fā)展更高精度的動態(tài)光譜學(xué)測量系統(tǒng)。2015年岡察洛夫研究員被中國政府授予“友誼獎”，以表彰其在促進國際科研合作方面的貢獻(xiàn)。
上述研究是固體所在極端條件研究方面取得的又一重大成果，該所極端環(huán)境能源物質(zhì)中心研究成果在半年之內(nèi)連續(xù)2次被《自然》刊發(fā)——今年1月6日《自然》曾發(fā)表了該中心另一位專家尤金-格列戈良茨（Eugene Gregoryanz）研究員的高壓研究成果，他們在超過地心的壓力極限下，獲得了氫及其同位素氘第五相存在的證據(jù)，被認(rèn)為是氫研究領(lǐng)域的里程碑。
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