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脚下6000公里有个大火球,长达5亿年的放射加热承

时间:2019-11-20 20:25来源:未知 作者:admin 点击:
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《脚下6000公里有个大火球,长达5亿年的放射加热承载了今天的人类》

本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛。

地球内部鲜为人知,部分结构的温度其实比太阳表面还要高,人类对地球内部的研究远远落后乐乐专卖店于对外太空的研究,遁地其实比登天还要难。

都知道恒星表面热,太阳这样的G型主序星表面温度有5500多摄氏度,就连恒星中的矮矬穷:红矮星,表面温度也有3000多摄氏度。但许多人不知道的是,地球内部的温度可与太阳表面温度媲美,地核是非常热、密度极高的结构,处于地幔之下2900公里的位置,整个结构半径为3485公里。目前最深的勘探钻就是科拉超深钻,深度为12公里,与地球几千公里的半径而言完全是个皮毛。我们能够飞到月球,抵达38万公里外的卫星,我们可以抵达上百亿公里外的日球层顶边缘,但我们对地球内部的探索却受到限制,只能通过地震波进行观测。

图注:闪耀的地核比太阳表面还热

图注:恒星中的矮矬穷:红矮星,表面温度也没有地核高

拥有着45亿年历史的地球,在最开始时也只不过是一个热岩球体,在持续遭受来自放射性物质衰变、太空岩石对它的碰撞后,使得地球内部不断产生热量,处于一直被加热的状态。这个长达5亿年的加热过程,使热岩石球的内部温度达到了1538摄氏度高温,这个温度足以熔化铁,这是地球第一次在核结构上发生的脱变,也承载了今天的人类。温度不够无法跻身行星行列,那么核温度非常关键。

跻身行星还需自身热

当温度达到1500摄氏度以上的时候,熔融的岩石物质开始了更大范围的运动,并开始行星级的分化过程。类似于水、空气以及硅酸盐等较轻的物质向上运动,最终形成了地幔和地壳,而像铁这类的重金属,则是流落到地球的中心成为了核物质。地热梯度可以对地球内部热量和压力进行测量,这个巨大的熔炉就是地核。每乐乐专卖店加深1公里,地热梯度则增加25摄氏度。而地核的热量则来自于放射性元素的衰变、行星结构的剩余热量、以及外核所释放的能量等。

图注:放射性元素的衰变为地球内部提供了能量

地核是由铁和镍等金属组成的,所以地核又被称为铁镍核心。地质学家发现地核中存在着亲铁元素,虽然这类元素已经完全溶解于铁之中,但是像金、铂、钴这类亲铁元素在富含矿物质的地壳和地幔之中是很少见的,所以它们又被称之为贵金属。

地质学家在地核之中还发现了大量的硫元素,这也就解决了地核重量的问题。根据地质学家的猜测,是氧或硅的存在使得地核重量较轻,但现在密度较小的硫元素的出现直接揭晓了这个问题的答案。众所周知,地球中温度最高的地方就是地核,但是我们并没有办法知道它的准确值,只能判断它的温度是在4400摄氏度到6000摄氏度的范围之间。内部的压力、地球的自转以及地核的成分结构等因素,都会对地核温度产生影响。地核分为外核以及内核,外核与地幔接轨,而隔开外核和内核的结构称为布伦间断。

图注:地球表面与内部的能量循环

地核是个“乐乐专卖店大熔炉”

外核的主要组成部分是液态铁和镍,它的温度在4500-5500摄氏度范围内,其厚度为2200公里。由于液态铁的粘性较低,比较容易发生变形和易碎等现象,使得外核能够产生对流。这也就使外核成为产生和维持地球磁场的所在地。事实上,地核中最热的部分是布伦间断,它的温度高达6000摄氏度,可与太阳表面的温度相媲美。内核是一个大部分由铁组成的热球。半径为1220公里,有着360万的大气压,其温度也是远超铁的熔点,达到5200摄氏度。但出乎意料的是,它并不是液态或者熔融的。因为内部的强烈大气压阻止了铁的熔化,使得内核并不是液态的,内核应该是表现为固态的等离子体。

图注:这个模拟图清楚说明了地核的位置

液态的外核将内核与其他地方隔离开来,这种全面的隔离导致内核有异常的行为:它的自转速度快于地球本身。每过1000年,它就可以比地球多完成一次自转。科学家认为,内核铁晶体的南北方向排列方式,是产生速度差异的重要因素,它的排列方式关系使得它的地震波是在两极之间传播的,而地震波在两极中的传播速度快于赤道之间的传播。

图注:地核的自转和地球自转是不同步的

冷却需要910亿年

内核在地球冷却的过程中,会随着液态外核的凝固和结晶慢慢增长,增长的速度为平均每年一毫米。受到地幔的影响,内核的增长并不是均匀的。内核增长最快的是俯冲带至从岩圈滑入地幔的板块构造附近开始,它们在吸收内核的热量的同时,会使附近区域温度逐渐冷却实现凝结,从而增长速度较快。增长最慢的位置则是在“超羽流”附近,这些地幔会使岩石中的火上活动产生影响,并使它们加速成为液态外核。

值得一提的是,铁的冻结点在1000摄氏度以上,所以地核永远不会冻结。至于结晶,这是一个时刻受到放射性衰变影响的缓慢过程,它至少需要910亿年的时间才能完成这个过程,而我们的太阳早在50亿年后就已经燃烧完了。内核同样有着东西半球之分,两个半球都具有晶体结构,但融化是不平衡的状态。

图注:要让地球冷却,变成一颗冰冷的行星,这个过程需要910亿年

看起来西半球的结晶速度更快,而且在地核东半球的内部中还存在着融化的现象。地质科学家发现在地核内核中间还有着一个内部。而在这个最内在的内部之间,它的特征不与内核相同,而是与外核相似。地质科学家推断,产生这种差异的原因与5亿年前的地质变化有关。在5亿年前,铁晶体结构的排列方式应该是东西方向的,而不是现在的南北方向,是地球诞生之后数亿年的地质活动导致了这种变化。


天城云商 昂帕帕斯 国际奥委会第一任主席是谁 数轴上的点都表示有理数 冒险岛爽歪歪 (责任编辑:admin)
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