地球内部的冷却速度比预想的要快,我们快要凉凉了吗

地球大约在45亿年前形成。从那以后,它的内部就一直在慢慢冷却。

地球内部的冷却速度比预想的要快,我们快要凉凉了吗

虽然,地球表面和大气层的温度在千万年中不断波动(外部温度目前正在变暖),但熔融的内部(地球跳动的心脏),却在一直在冷却。

这可不是一个无聊的比喻。地球深处旋转的对流发电机产生了巨大的磁场,科学家认为这是一种无形的结构,保护着我们的世界,让生命茁壮成长。此外,地幔对流、构造活动和火山活动,被认为通过稳定全球温度和碳循环来帮助维持生命。

由于地球内部仍在冷却,而且还将继续冷却,这意味着地球内部最终会凝固,地质活动将停止,可能会把地球变成一块贫瘠的岩石,类似于火星或水星。一项新的研究表明,这可能会比之前想象的更早发生。

问题的关键,可能是位于地球外层铁镍核和其上方熔融流体下地幔交界处的一种矿物。这种边界矿物叫做“布里奇曼岩”(bridgmanite),它传导热量的速度会影响热量从地核渗透到地幔的速度。

确定该速率,并不像在环境大气条件下测试布里奇曼岩的电导率那么简单。 热导率可以根据压力和温度而变化,这在我们星球的深处有很大的不同。

为了克服这个困难,由瑞士苏黎世联邦理工学院的行星科学家用脉冲激光照射一块布里奇曼岩单晶体,同时将其温度提高到2440开尔文,压力提高到80千兆帕,接近我们所知道的下地幔的条件(高达2630开尔文和127千帕斯卡的压力)。

科学家表示:“这个测量系统让我们看到,布里奇曼岩的导热系数比我们假设的要高1.5倍。”

反过来,这意味着从地核到地幔的热流比我们想象的要高 —— 因此,地球内部冷却的速度比我们想象的要快。

而且,这个过程可能正在加速。当它冷却时,布里奇曼岩会转变成另一种叫做“后钙钛矿”的矿物,这种矿物的导热性更强,因此会增加从地核到地幔的热损失速率。

科学家们表示:“我们的研究结果可以为我们研究地球动力学的演变提供一个新的视角。它们表明,地球和其他岩石行星水星和火星一样,正在降温,变得不活跃,速度比预期快得多。”

至于到底有多快,目前还不知道。我们对整个星球的冷却并不是很了解。火星冷却得稍微快一点,因为它比地球小得多,但还有其他因素可能在行星内部冷却的速度上发挥作用。

例如,放射性元素的衰变可以产生热量,足以维持火山活动。这些元素是地球地幔的主要热量来源之一,但它们的作用还没有被很好地理解。

科学家们表示:“我们对这类事件的了解还不够,无法确定它们发生的时间。”

然而,无论如何,从人类尺度来看,这可能都不会是一个快速的过程。事实上,在那之前很久,地球就有可能因其他机制而变得不适合人类居住。所以,我们可能还有一些时间在这个问题上做更多的工作来解决它。


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投稿时间:2022-01-17  最后更新:2022-04-29

标签:地幔   地核   地球   速度   火星   水星   矿物   行星   热量   温度

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