地球内核十余年前开始反转；日本将在今年春季或夏季排放核废水｜环球科学要闻

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地球内核开始反向旋转，可能存在六七十年的震荡周期

从地表到内核的耦合共振系统示意图。其中包括内核（差速旋转）、外核（磁场变化）、地幔地壳（日长变化）、地表和大气（全球平均海平面和气温变化）等多个圈层（和对应的地球物理观测）。图片来源：原论文

地球中心的地核分为液态的外核和固态的内核，后者和外部圈层具有不同的自转周期。外核的对流是地球磁场的来源，但也会对内核施加电磁力矩，同时在万有引力的作用下，固态且不均一的内核和地幔之间也有重力耦合效应，这都会导致地球内核自转周期改变。

重复地震的地震波在同一个台站接收到的记录通常具有相同的波形，但当它经过地球内核时，却会显示出不一样的波形和到时，这是由于内核的旋转导致其内部的不均匀结构发生了横向移动。通过分析长期的波形的变化模式，就可以推断出内核旋转的模式。北京大学一研究团队分析了长期地震数据却发现，近十余年来，这种地震信号的时变现象在全球的地震波路径上统一消失了。经过更精确的分析得出了地球内核的差速旋转在2009年就接近停止并开始缓慢地反向。类似的反向旋转现象在上世纪70年代初期也有出现，意味着内核的旋转很可能存在周期为六七十年左右的震荡模式。相关成果近日发表在《自然·地球科学》（Nature Geoscience）上。

同时，在地磁场强度和地球自转周期变化的信号中，甚至在全球平均海平面和气温变化当中，也存在着同样的六七十年周期的信号，并且它们在相位上也存在着一定的对应关系。地磁场的变化意味着外核流体运动模式的变化，自转周期的变化代表着地幔和地壳旋转的角速度变化，而全球海平面和气温变化源自地表和大气的变化。由此可见地球的内核、外核、地幔和地表之间，形成了一个周期为六七十年、从内核到浅表的耦合共振系统，这对于揭示地球作为一个系统的运行机制有重要意义。

世界上有很多生物结构是“甜甜圈形状”（Torus）的，比如某一些水母。这种几何形状是“局部弯曲，但是总体平直”的——数学上它的曲率平均值为零。这导致自然中的甜甜圈形状经常有些地方凸出，有些地方凹进，这就产生了自然的褶皱。这种褶皱的形状具有极大的，难以掌握规律多样性。但最近，一篇发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上的文章显示， 我们可以模拟并预测褶皱的形状。这有助于我们设计功能性的表面结构。

文章作者，复旦大学形貌力学实验室的徐凡教授和他的同事们开发了一个甜甜圈结构的物理模型，它具有两个无量纲参数——一个描述了相对于曲率的刚度，另一个描述了甜甜圈洞的大小。这个模型可以成功预测现实中的甜甜圈型材料在热胀冷缩时产生的褶皱。他们发现，孔越小，褶皱越倾向于出现在远离孔的地方；软质结构往往有局部的凹痕，硬质结构则有双向条纹或螺旋和轴对称条纹的混合，中等刚度则可以产生六边形花纹和迷宫图样。

· 核污染 ·

据《科学》（Science）报道，日本政府正计划将福岛第一核电站的130万吨放射性污水排入太平洋。根据1月13日会议分发的资料，此项行动最早可能在今年春季或夏季开始。负责该核电站的东京电力公司表示，陆地上储存水的空间已经用完，现在放射性污水的放射性水平极低，不会对海洋生物或人类构成威胁，并且其计划已经得到了国际原子能机构（IAEA）的支持。在1月20日的简报会上，负责福岛问题的国际原子能机构官员古斯塔沃·卡鲁索（Gustavo Caruso）表示，日本核监管局（NRA）制定了能确保排放符合国际安全标准的程序。

但排放行为还是激起了广泛的反对，其中包括日本渔业从业者和消费者、亚太地区国家和一些海洋科学家等。海洋科学家表示对排放核污水风险的研究尚不详细，东京电力公司的保证“没有足够数量和质量的数据进行支撑”。放射性测量专家表示核废水中可能存在没有被测到的核素，因为东京电力公司仅从四分之一的水箱中采集了少量水样。

卤化物钙钛矿（halide perovskites）是有望让人类以更低成本获得更多太阳能的一类材料。但较大的温度波动会令钙钛矿电池的薄膜晶体层中产生热应力，导致材料晶格变形甚至相变失效，限制了其在户外的长期使用。近日，一项发表在《科学》（Science）杂志的研究提出了一种能使钙钛矿电池能承受昼夜温度变化、延长户外寿命的方法。

科学家利用具有有序偶极结构的β-聚（1,1-二氟乙烯）（b-pV2F），来控制钙钛矿薄膜的结晶过程和能级排列。它可以改善钙钛矿薄膜的结晶性能，有效钝化薄膜晶体表面界面缺陷，使其晶体结构更加有序、电荷传输效率更高。另外，它在晶界处的有序排列可以有效地缓冲变温过程中晶粒挤压引起的晶界形变，从而释放晶格应力并缓冲热应力。改善后的钙钛矿电池光电转换效率高达24.6%，并且能在+80℃和-60℃的循环温度或1000小时的连续日照下保持稳定。这使能长期稳定使用的钙钛矿电池成为可能。

兔狲（Otocolobus manul）是受濒危野生动植物种国际贸易公约（CITES）保护的珍稀物种。近日，发表在Cat News通讯的一篇文章报告了在珠穆朗玛峰地区首次发现的兔狲踪迹。这个发现揭示了珠峰这一偏远高海拔生态系统丰富的生物多样性，并将兔狲的已知活动范围扩展到了尼泊尔东部。

2019年4月7日至5月2日，科学家在珠峰南麓的萨加玛塔国家公园内的两个地点进行了环境样本收集，两个地点之间相距6千米，海拔分别为5110米和5190米。随后，研究者对收集到的粪便样本进行DNA分析。结果表明，有两只兔狲生活在珠穆朗玛峰上，其活动领域与红狐重叠。而环境样本中的鼠兔与山鼬的DNA（兔狲的重要食物来源）也印证了上述结论。这项研究展示了如何利用保护遗传学和环境采样来研究像兔狲这样神秘的物种。未来，研究人员将收集更多的粪便样本，再结合相机陷阱调查，更好地确定萨加玛塔国家公园中兔狲的数量、范围、密度及饮食习惯。

首次在经典系统中形成准粒子

准粒子由列夫·朗道（Lev Landau）在1941年首次提出，是一种长期处于激发态的粒子，产生弱相互作用。准粒子增进了对超导体、超流体、石墨烯等材料中粒子作用的深入理解，但到目前为止仅限于量子物理学层面。在经典凝聚态中，粒子的碰撞率过高，其激发态很难维系。近日，一项发表在《自然·物理学》（Nature Physics）的研究对此进行了突破。

研究者设计了一个含有粘性流体的薄层微粒子通道系统，粒子移动时扰动周围的流体，从而对其他粒子施加流体动力。研究者发现，流体动力促进粒子的耦合，这是一种大小相等、方向相同的非牛顿作用力，形成了准粒子。研究者模拟了由数千个粒子组成的二维晶体中粒子的运动模式，发现它具有类似声子的准粒子特征。准粒子对在晶体中传播、通过流体动力产生其他准粒子对，粒子对间的碰撞导致晶体融化。此外，研究者分析声子的光谱时，发现狄拉克准粒子的典型锥形结构，而在该晶体中狄拉克准粒子仅以粒子对的形式出现。研究者表示，这项研究首次在经典物理视域下形成了准粒子，对准粒子、平坦带等凝聚态物理概念向经典物理的迁移和应用具有一定意义。

撰文：王昱、陶兆巍、王馨仪、韩佳桐、马一瑗

编辑：王昱、栗子