地球|什么？地球在生锈？
当俯冲带携带着含水矿物深入到地幔深处时，可能就会“锈蚀”地球的铁质外核，形成巨大的氧气汇 。之后，这些氧气就会回到大气层中 。
地球表面的铁，无论是简单的钉子还是坚固的大梁，当暴露在潮湿空气或含氧的水中时，就会逐渐发生氧化反应 。这种反应的红褐色产物就是铁锈，可以由各种形式的含水氧化铁和氧化铁氢氧化物组成 。
在美国西南部的干旱气候区，以及其他许多地方发现的红色岩石都属于同一种氧化铁矿物——赤铁矿；而在潮湿的环境中，像赤铁矿这样的铁矿石会风化成铁的碱式氧化物——针铁矿（FeOOH） 。
在地球深处，确切地说，在地球表面以下2900千米深处，大量的熔融铁组成了地球的外核 。那么，外核也会生锈吗？
最近，科学家在实验中发现，当铁在接近100万大气压（类似地幔深处）的压力下与水分——以水或含氢氧基矿物的形式——相遇时，会形成过氧化铁或高压形式的氧化铁-氢氧化铁，结构与黄铁矿相同（称为黄铁矿型FeOOH） 。
换句话说，这些实验中的氧化反应确实会形成高压铁锈 。
如果铁锈确实存在于外核与地幔的交界处（地核-地幔边界，简称CMB，又称古登堡界面），那科学家们或许有必要更新他们对地球内部及其历史的看法 。
这些铁锈可以揭示下地幔的深水循环和超低速区（ULVZs）的神秘起源 。超低速区是位于地球流体核心上方一层小而薄（不超过50千米）的区域，地震波速在此显著降低 。这些铁锈或许还可以解释大氧化事件（GOE）和新元古代氧化事件（NOE），前者标志着地球富氧大气层的开始，大约发生在25亿到23亿年前；后者发生在10亿到5.4亿年前，使大气中的自由氧达到现在的水平 。
但是，我们如何知道古登堡界面是否已经生锈了呢？
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地球表面的红色岩石主要来自于氧化的赤铁矿和针铁矿
地核-地幔交界的地震特征
尽管目前还无法在古登堡界面下开采矿物，但我们可以用其他方法进行检测 。如果地核会随着时间的推移而生锈，那么在古登堡界面上可能已经积累了一层铁锈，能够显示出某些地震特征 。
实验室研究表明，地核的氧化铁-氢氧化铁锈（即FeOOHx，其中x是0 到1的数值）可能导致穿过它的地震横波（Vs）和纵波（Vp）速度显著降低，就像超低速区的岩石（或部分熔融） 。
事实上，与初步参考地球模型中作为深度函数的平均地震波速度相比，地核铁锈可以使横波和纵波速度分别降低44%和23% 。如果地核铁锈堆积的厚度超过3到5千米，巨大的地震波降速将使其在地震层析成像中被识别出来 。
难点在于区分超低速区的地震异常是由地核铁锈引起的，还是由其他原因引起的 。例如，通常认为发生在下地幔底部的部分熔融是造成超低速区的原因，而这也可能导致类似于地核铁锈造成的地震波速度降低 。
理论上，科学家应该可以用地震断层扫描来区分古登堡界面的地核铁锈与部分熔融 。地震断层扫描通常是通过数学反演过程生成的，该过程将计算得到的地震波形与观测到的波形相匹配 。反演过程需要确定拟合数据的可能数学解，然后根据其他考虑因素，从这些解中选择一个“最佳”解 。
每一个可能的数学解都对应一组与所涉及材料的物理性质相关，但又有明显区别的模型参数，例如铁锈材料的横波、纵波和密度的相对差异，以及该材料周围地幔的平均值 。
这些差异可能随地幔中材料含量不同而变化，但每种材料通常都表现出横波与纵波的微分对数比的特征值范围（δlnVs：δlnVp），可以用来在地震断层扫描中区分不同材料 。
根据矿物物理实验可知，对于所有可能的解释超低速区来源的材料，该比值的下限为1.2：1，上限为4.5：1 。在这个范围内，地核铁锈（黄铁矿型FeOOHx）的比值介于1.6：1和2：1之间，与其他材料不同 。
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不同材料的地震波速度比值范围
铁锈起源的证据
到目前为止，地震学家已经在60%的古登堡界面中进行了取样，以寻找超低速区，并已经确定了近50个地震波异常位置，占古登堡界面区域的20%，这可能代表着超低速区 。
这些区域大多与地幔最下方的大低剪切速度省（LLSVPs）耦合，δlnVs：δlnVp约为3：1，表明存在部分熔融 。
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