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地球熱量流失?研究表明:地核正在冷卻,速度比預想的要快

Ashin 2023/01/13

這些年人類探索到的行星越多,就會愈加感慨還是地球更年輕、具有活力,因為大部分行星的內核都已經冷卻,這導致它們看起來死氣沉沉,表面一片荒蕪。

內核冷卻導致表面一片荒蕪的火星

可大家沒想到,地球也不禁「夸」,因為就在2022年1月《地球和行星科學快報》上發布了一項研究成果,進行該研究的科學家們指出 地核正在冷卻,速度甚至比預想的還要快

那麼,地球的熱量真的在流失嗎?這些熱量最初究竟是怎麼來的?

地核為何會如此熾熱?

想知道為什麼地球的散熱大于預期,我們就先要知道地球的熱量是怎麼來的。

地球的熱量到底是哪里來的?

一般來說,咱們所說的地球熱量指的都是 地球的內部熱量,它是驅動板塊構造、地幔對流、讓地球自己「發電」的關鍵動力,大家甚至可以直接將其當成是 地球發展和演化的原動力

在地球內部熱量當中, 地核產生的熱量占比還是比較高的。

地核產生的熱量在總地熱當中的占比還是比較高的

地核的半徑大約為 3480千米,是由鐵、鎳等較重的元素構成的,溫度很高,能夠達到 4000到6800攝氏度

不難看出,地核的溫度已經與太陽表面的溫度有得一拼了。那麼,為什麼地核會這麼熱呢?

根據備受認可的 星云假說來看,地球也是從星云中誕生的,而在誕生之前,有著明顯的「 吸積過程」。這個吸積過程使得大量的熱量產生,將聚集起來的物質加工成了熔融狀態。所以,最初的地球表面分布著的是火熱的巖漿海洋。

星云假說中太陽和行星的形成都要經歷「吸積過程」

隨后密度較大的物質元素開始下沉,直至抵達地心,我們現在看到的地球內部圈層就是在此時慢慢形成的。

在這個過程當中,各個物質之間的摩擦會產生大量的熱量,而地幔的傳熱性又沒有這麼好,久而久之,就讓許多熱量依舊存在了地核當中。

這也是為什麼,地核在壓力如此恐怖的情況下,依舊能讓外核維持液態的原因。除此之外, 地核就像是一個天然的核反應堆,大量的放射性元素在這里衰變放熱

地球的地核就像是一個天然的核反應堆,不斷地發出熱量

當然,雖然地核很熾熱,但不代表它在這些年間沒有熱量流失。 當地核通過液態外核和固態地幔進行熱量「對流交換」的時候,就會出現熱量流失的情況。所以在幾十億年間,地球是在不斷降溫的,這種溫度的變化由內到外逐漸明顯。

值得一提的是,由于地核被層層包裹,所以對流喪失的熱量也比較少,導致人們一直對地球內部的溫度變化沒有進行刻意的研究。

可是諸多科學家在《地球行星科學快報》上發表的文章卻顯示,我們在過去可能小看了地核冷卻的速度。那麼,論文到底講了些什麼呢?

科學家將地核溫度變化研究成果發表在《地球行星快報》上

地核正在冷卻

這篇文章的全名叫做《核心-地幔邊界單晶布里奇曼石的輻射熱導率及其對地球熱演化的影響》,不少人可能覺得,每個字都認識,組合在一起卻看不懂了。那麼,就讓我們先介紹一下該文章的主角「 布里奇曼石」。

布里奇曼石是地球上最豐富的礦物之一,從試驗測試和理論計算來看,它在下地幔體積當中的占比高達 75%。并且,布里奇曼石能夠在下地幔的高溫高壓環境中保持穩定性,所以一直以來,它都是人們用來研究地幔動力學、地幔對流、彈性性質等問題的關鍵物質。

布里奇曼石的分子結構

經過大量的對比研究,人們認為,它的熱力學性質能夠幫助我們對地球內部的情況進行探查,因為 這家伙的熱傳導系數和熱熔對于下地幔絕熱溫度的分布情況有著深刻的影響。

所以,科學家 亞歷山大·貢察羅夫、尼古拉斯·霍爾特格雷、宮島信吉等人就在80GPa的條件下,測量了單晶布里奇曼石的輻射熱導率,最終獲得了和預期之間差異很大的結果。

論文顯示核心-地幔邊界處的體積熱導率比傳統假設值高約1.5倍……地幔對流比預期的更強烈。所以地幔會被更有效地冷卻,這最終將削弱許多由地幔對流驅動的構造活動,比傳統認為的熱傳導行為所預期的要快。

核心-地幔邊界處的熱導率變化

簡單來說,此次的研究證明了,地核和地幔之間的熱量對流,比人類想象的還要劇烈,這就意味著地球熱量喪失的速度比預期要快。

除此之外,進行這項研究的蘇黎世理工大學的科學家們,還通過對比計算,得到了地核溫度下降的幅度, 它在幾十億年間可能已經下降了500攝氏度

值得一提的是,由于地核的溫度本身就很高,所以幾十億年丟失500攝氏度似乎不是什麼嚴重的事情。如果它一直保持著與過去相似的熱量喪失速度,那麼人類就不用擔心地核徹底冷卻,地球也變為「死亡星球」這件事,畢竟我們的文明別說幾十億年,恐怕都難以再維持幾千年。

地核的溫度本身就非常高

當然,在知道可以布里奇曼石研究「地球內部散熱」之后,人們還會繼續跟進探索,實時監控地球內部散熱狀況。畢竟,一旦地核哪天因為什麼意外徹底冷卻,那后果將是人類無法承受的!

那麼,地核冷卻后,地球會遭遇什麼呢?

如果地核冷卻,將會發生什麼?

大家都知道,人類如今在尋找宜居星球的時候,除了會關注是否有液態水,對磁場也很在意。不過,迄今為止,我們好像都沒發現哪顆備選的移民星球,有地球這樣強大的磁場。

人類迄今還沒找到和地球一樣擁有強大磁場的行星

對于地球磁場的來源,人們有過諸多猜想,最終大家將目光聚焦在了地核之上,認為它就是地磁場的起源。因此, 地核也被譽為「發動機」

在這一觀點下, 地磁場的產生與地核中液態物質的對流有著密切的關系

地磁場的產生和地核與地幔的物質對流有密切關系

因為物質對流,地核中才能一直存在熱壓電效應,這種效應產生了不斷變化的電場。此時再根據麥克斯韋提出的 位移電流來看,就能得出變化的電場可以產生磁場的結論。

不難看出,這之中物質的對流是關鍵所在,而物質對流的前提是 ,溫度足夠高。所以一旦地核冷卻,那麼地球磁場就會漸漸消失,屆時地球上的所有生物將會直接暴露在宇宙輻射之下。

相關的科學研究表明地球自誕生以來, 其地磁場強度一直在發生細微的變化。兩千余年來, 地磁場強度減小了1.5倍。在近400年間, 地磁場的強度以每年 0.05﹪的速率減小。

衛星觀測現實地磁場強度正在不斷減小

除此之外,地核冷卻還代表著地球就此失去生機,成為一顆和火星相似的死氣沉沉的天體。在這種情況下,地質活動會漸漸消失,如今依舊活躍的板塊運動會停止,我們的「世界地圖」將會成為固定的,那些依舊在生長的山脈、撕裂的峽谷都不再會有任何的變化。

由此可見, 對地核溫度進行監測還是很有必要的。若是情況不妙,人類還可以提前決定是搬出地球還是搬到地下,畢竟要是不做任何防護地待在地表就是自取滅亡。

若是地核冷卻,人類需要考慮搬出地球

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