地核的溫度比太陽表面高,熱量來自哪裡?什麼時候會冷卻下來?

2020年12月22日18:10:04 科學 1392

地核的溫度比太陽表面高,熱量來自哪裡?什麼時候會冷卻下來? - 天天要聞

地球表面的溫度不是很高,很舒適,孕育着多姿的生命,然而就在我們的腳底下——地球核心,卻是一個極其炎熱的地方。

那裡的溫度可能超過6800攝氏度,比太陽表面溫度還高。

驅動地球板塊運動和地球磁場需要巨大的能量,這些能量正是來自高溫的地球核心,巨大的能量流失導致地球的核心總會有冷卻的一天。

其實,火星曾經也有一個高溫的內核,但是它就冷卻了。

那麼問題來了,地球的核心冷卻下來還要多久呢?

在深入了解這個問題前,我們要先知道地核的熱量來自哪裡?

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是什麼使地球中心變熱?

在數十億年前,太陽系形成初期,數十億的岩石在數千年的時間裏不斷碰撞並粘在一起,最終形成了後來的地球。

然而,每一次碰撞都會帶來更多的能量(因為摩擦),導致我們的星球升溫,在行星形成後的很長一段時間內,地球都在消耗這些熱量,當時的地球上到處都是火山活動。

直到今天,地殼下6371公里處,地核仍在繼續從這些碰撞餘熱中釋放熱量,這是地核如此高溫的一個原因;另外一個熱量來源是自然存在於行星內部的核燃料。

其實,天然放射性物質大量存在於地球深處,只有少部分存在於地殼周圍。在這些放射性物質在自然衰變過程中會釋放熱量。

保證地球核心高溫的主要因素就是這兩種能量的結合,地球形成時遺留下來的原始能量和自然放射性衰變的核能。

很明顯,這兩種「燃料」是有限的,而且它們已經持續了將近46億年。

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地球的燃料還能用多久?

1993年的一項研究表明,地球以44×10^12瓦[1]的功率流失熱量,但是沒人知道,這些流失的熱量中有多少是來自原始能量,又有多少來自放射性能量。

其實,現在有許多科學模型都能估算出還剩多少「燃料」來驅動地球的引擎,不過這些結果差別很大,很難得出最終結論。

總的來說,目前尚不清楚地球核心還剩下多少原始能量和核能,所以根本沒法預測它們還能用多久。

如果地球的熱量主要是原始熱量,那麼它冷卻的速度會快很多;如果熱量的產生大部分是由於放射性衰變,那麼地球的熱量可能會持續更長時間。

不過有科學家認為在2025年的時候能得到結果,這要歸功於現代科技的飛速發展,一些大型中微子探測器的新建,其中就包括中國四川地下的錦屏實驗室。

這些探測器將幫助研究人員探測地球中微子(科學界已知的最微小的亞原子粒子),它是恆星、超新星、黑洞和人造核反應堆內發生的核反應產生的副產品。

捕捉這些粒子很難,但是通過幾年內收集到的地球中微子數據,研究人員就能準確地知道地球上有多少放射性能量,這將告訴我們地球過去的消耗率,以及未來的燃料預算。

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如果地核冷卻會怎麼樣?

雖然現在沒人知道地核的能量什麼時候會消耗完畢,但是如果它真的消耗完了,地核冷卻下來後,地球將不再適合生命生存。

地球的自轉使外地核中的液態鐵和鎳繞着內地核的金屬球運動,這種運動就像一個巨大的發電機,它產生了一個巨大的磁場,並延伸到太空中。

這個磁場在太空中形成了一道不可逾越的屏障——范艾倫帶,阻止來自太陽的速度最快、能量最大的粒子(太陽風的帶電粒子)到達地球。

正是這種保護讓地球表面的生命得以繁衍,如果地核冷卻,地球磁場也將消失,到時猛烈的太陽風將剝離地球大氣層。

那時的地球就會像你現在看到的火星照片一樣荒涼,毫無生機,不適合生物生存。

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最後

說到地核的冷卻,我們就不得不提火星,如果要改造火星的話,最重要的就是解決它的磁場問題。

理論上的解決方案有很多,但是總結起來就兩種:要麼人造磁場,要麼點燃內核。

無論選擇哪種,都需要巨大的能量,很明顯我們目前無能為力。

不過大部分研究人員還是保持樂觀態度,地核「燃料」應該比太陽的「燃料」耐用一點,也就是說太陽膨脹到火星軌道並摧毀地球前,地核應該都不會冷卻下來。

參考資料:

[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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