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地球要凉了?科学家:地球内部的冷却速度远超预期!

时间:2022-04-22 20:01:01 热文 我要投稿

由于人类活动,加剧全球变暖,导致目前的全球气温不断创下历史新高,不仅是人类有记录以来的历史之最,而且至少还是12万年来之最。虽然目前的地球表面气温还在持续升高,但地球内部的温度却在不断下降。

不仅如此,一项刊载于《地球与行星科学快报》(Earth and Planetary Science Letters)的新研究显示[1],地球内部的冷却速度比预想的更快。那么,地球内部变冷将会造成什么后果?

地球内部还是非常活跃的,最近备受关注的汤加火山大爆发就是很好的一个例子。任何地质活动都需要消耗能量,火山大规模喷发更需要巨大的能量支撑,这一切都源于地球深处的强大热源。

地球半径约6371公里,内部结构主要分为三大部分。最外层是地壳,主要成分为玄武岩、花岗岩,厚度几十公里。下一层是地幔,主要成分为硅酸盐岩石,厚度2900公里。地球的最内部结构是地核,主要成分为铁、镍,外地核是熔融状态,内陆核是固态,总厚度约3400公里。

地球内部要比地表热得多,越靠近地心的地方,总体上越热。地壳表面的平均温度为14 ℃,但地壳深处温度可以达到一两百度。而地幔的温度可以超过1000 ℃,靠近地核地方的温度可达3700 ℃。地核温度最高,最中心的温度高达5430 ℃。

也许除了地球最深处的固态铁之外,地球内部几乎所有的物质都在不断运动,所有这些运动都会消耗能量。地球内部不像太阳那样可以进行核聚变产生热量,那么,地球的内部能量来自于哪里呢?

这一切与地球的起源有关。在46亿年前,一团原始星云通过引力坍缩作用,在中心吸引了大量的气体云,最终形成了太阳。在太阳诞生后,还有大量的气体和尘埃绕着太阳旋转,形成一个原行星盘。

原行星盘中的物质互相碰撞,块头变得越来越大,产生大量的微行星。当个体的尺寸超过1公里后,它们的引力会吸引更多的物质,加速成长。最终,我们的地球从原行星盘中诞生。

地球刚刚诞生时,经历了一系列的猛烈撞击,巨大的撞击能量让整个地球几乎处于熔融的状态。随着碰撞的减少,地球不断向外辐射能量,地球逐渐降温,表面固化。

虽然地球不能像恒星那样核聚变,但地球内部存在铀-235、钍-232等放射性元素,这些元素经过放射性衰变后,可以释放出能量,让地球内部还能持续输出一些热量。

在地球原始热量和放射性衰变热量的共同作用下,驱动了诸如火山活动、板块运动等地质活动。更为重要的是,活跃的地球内部让地球形成了一个全球性的磁场,这可以偏转来自太阳的高能带电粒子,避免地球上的生命遭受致命的辐射。

但在这项新研究中,苏黎世联邦理工学院的科学家通过研究发现,地幔中普遍存在的布氏岩导热能力要比此前认为的更快1.5倍,这意味着热量更容易从地核传递到地幔,加速了地球内部冷却的速度。

先前的研究表明,数十亿年前的原始火星可能与地球一样,表面有大气层和液态水,有条件孕育出生命。但由于火星内部快速冷却,导致磁场消失,太阳风直接袭击火星表面,剥离了火星大气层,让液态水也不复存在。很快,火星变得无比荒凉。

随着地球内部继续降温,直到有一天无法维持磁场的形成,地球会逐渐演变成现在火星的模样。当然,地球要比火星大很多,内部降温的速度比火星更慢。在那一天到来之前,人类还有足够的时间来应对。

参考文献

[1] Motohiko Murakami, Alexander F.Goncharov, Nobuyoshi Miyajima, et al. Radiative thermal conductivity of single-crystal bridgmanite at the core-mantle boundary with implications for thermal evolution of the Earth, Earth and Planetary Science Letters, 2022, DOI: 10.1016/j.epsl.2021.117329.