地核的温度比太阳表面高,热量来自哪里?什么时候会冷却下来?

2020年12月22日18:10:04 科学 1392

地核的温度比太阳表面高,热量来自哪里?什么时候会冷却下来? - 天天要闻

地球表面的温度不是很高,很舒适,孕育着多姿的生命,然而就在我们的脚底下——地球核心,却是一个极其炎热的地方。

那里的温度可能超过6800摄氏度,比太阳表面温度还高。

驱动地球板块运动和地球磁场需要巨大的能量,这些能量正是来自高温的地球核心,巨大的能量流失导致地球的核心总会有冷却的一天。

其实,火星曾经也有一个高温的内核,但是它就冷却了。

那么问题来了,地球的核心冷却下来还要多久呢?

在深入了解这个问题前,我们要先知道地核的热量来自哪里?

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是什么使地球中心变热?

在数十亿年前,太阳系形成初期,数十亿的岩石在数千年的时间里不断碰撞并粘在一起,最终形成了后来的地球。

然而,每一次碰撞都会带来更多的能量(因为摩擦),导致我们的星球升温,在行星形成后的很长一段时间内,地球都在消耗这些热量,当时的地球上到处都是火山活动。

直到今天,地壳下6371公里处,地核仍在继续从这些碰撞余热中释放热量,这是地核如此高温的一个原因;另外一个热量来源是自然存在于行星内部的核燃料。

其实,天然放射性物质大量存在于地球深处,只有少部分存在于地壳周围。在这些放射性物质在自然衰变过程中会释放热量。

保证地球核心高温的主要因素就是这两种能量的结合,地球形成时遗留下来的原始能量和自然放射性衰变的核能。

很明显,这两种“燃料”是有限的,而且它们已经持续了将近46亿年。

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地球的燃料还能用多久?

1993年的一项研究表明,地球以44×10^12瓦[1]的功率流失热量,但是没人知道,这些流失的热量中有多少是来自原始能量,又有多少来自放射性能量。

其实,现在有许多科学模型都能估算出还剩多少“燃料”来驱动地球的引擎,不过这些结果差别很大,很难得出最终结论。

总的来说,目前尚不清楚地球核心还剩下多少原始能量和核能,所以根本没法预测它们还能用多久。

如果地球的热量主要是原始热量,那么它冷却的速度会快很多;如果热量的产生大部分是由于放射性衰变,那么地球的热量可能会持续更长时间。

不过有科学家认为在2025年的时候能得到结果,这要归功于现代科技的飞速发展,一些大型中微子探测器的新建,其中就包括中国四川地下的锦屏实验室。

这些探测器将帮助研究人员探测地球中微子(科学界已知的最微小的亚原子粒子),它是恒星、超新星、黑洞和人造核反应堆内发生的核反应产生的副产品。

捕捉这些粒子很难,但是通过几年内收集到的地球中微子数据,研究人员就能准确地知道地球上有多少放射性能量,这将告诉我们地球过去的消耗率,以及未来的燃料预算。

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如果地核冷却会怎么样?

虽然现在没人知道地核的能量什么时候会消耗完毕,但是如果它真的消耗完了,地核冷却下来后,地球将不再适合生命生存。

地球的自转使外地核中的液态铁和镍绕着内地核的金属球运动,这种运动就像一个巨大的发电机,它产生了一个巨大的磁场,并延伸到太空中。

这个磁场在太空中形成了一道不可逾越的屏障——范艾伦带,阻止来自太阳的速度最快、能量最大的粒子(太阳风的带电粒子)到达地球。

正是这种保护让地球表面的生命得以繁衍,如果地核冷却,地球磁场也将消失,到时猛烈的太阳风将剥离地球大气层。

那时的地球就会像你现在看到的火星照片一样荒凉,毫无生机,不适合生物生存。

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最后

说到地核的冷却,我们就不得不提火星,如果要改造火星的话,最重要的就是解决它的磁场问题。

理论上的解决方案有很多,但是总结起来就两种:要么人造磁场,要么点燃内核。

无论选择哪种,都需要巨大的能量,很明显我们目前无能为力。

不过大部分研究人员还是保持乐观态度,地核“燃料”应该比太阳的“燃料”耐用一点,也就是说太阳膨胀到火星轨道并摧毁地球前,地核应该都不会冷却下来。

参考资料:

[1]Henry N. Pollack Suzanne J. Hurter Jeffrey R. Johnson .Heat flow from the Earth's interior: Global dataset analysis. onlinelibrary.1993.8

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