地球能夠成為一顆生機勃勃的星球,有一個不可或缺的因素就是,地球具備了一個強大的行星磁場,在它的保護下,地球的大氣層才不會被來自太陽的高速帶電粒子流“吹”散,而地球之所以能夠産生磁場,則是因為地球擁有一個巨大且熾熱的核心。
根據科學家的估算,地核的半徑約為3470公裡,主要由鐵元素和鎳元素構成,其質量占據了地球總質量的大約31.5%,溫度約為4000至6800攝氏度(從外到内逐漸遞增),作為對比,太陽表面的溫度也才5500攝氏度左右。
地球已形成45.5億年了,為什麼地核溫度到現在還這麼高?要回答這個問題,我們需要從太陽系的形成開始講起,太陽系形成于一片巨大的原始星雲,在大約46億年前,這片星雲在引力的作用下不斷坍縮,随着時間的流逝,星雲中的絕大部分物質都聚集在了星雲中心,并最終演化出了太陽,而剩餘的物質則圍繞着太陽形成了一個盤狀結構,這被稱為“原行星盤”。
在接下來的時間裡,“原行星盤”中的物質不斷地碰撞和吸積,逐漸演化成了太陽系中的各種天體,地球就是其中之一。
地球的形成是一個從小到大的過程,其中經曆了不計其數的碰撞,在每次碰撞發生的時候,都會産生一定的熱量,在此基礎上,再加上地球本身的凝聚收縮也會在其内部産生很多熱量,這些熱量疊加在一起就非常巨大。
(注:物體碰撞會産生熱量,其實就是動能轉變成熱能,一個簡單的例子就是,假如我們用鐵錘反複錘一枚鐵釘,那麼鐵釘很快就會變熱)
我們知道,熱量的傳遞方式有傳導、對流以及輻射,其中輻射的效率是最低的,而在宇宙空間中,熱量隻能以輻射的方式向外釋放,因此在地球形成的過程中,其熱能的“收入”遠遠地超過了“支出”,所以原始地球的溫度就越來越高,以至于整顆星球上的物質幾乎都處于高溫熔融狀态。
在地球形成之後,其運行軌道區域的物質也被清除得差不多了,于是地球就開始降溫,不過地球的降溫并不是均勻的,具體表現為距離地心越近的位置,熱量散失得就越小,就這樣,地球慢慢地形成了地殼、地幔、地核,其中地殼溫度最低,地幔次之,地核溫度最高。
地核最初的熱量,就是來自上述過程,在地殼和地幔的包裹之下,地核的熱量散失得很慢,然而這仍然抵不過長達45.5億年的時間,這就意味着,地核還有其他的熱量來源,是什麼呢?答案就是放射性元素。
放射性元素的原子核是不穩定的,它們會自發地發生衰變,在衰變過程中,它們原子核内部會釋放出各種粒子或射線(如α粒子、β射線、γ射線)等等,同時還會産生熱量。
雖然我們不能确定單個放射性元素的原子核何時會發生衰變,但是對于大量的原子核來講,其半數發生衰變時所需要的時間卻是确定,這個時間也被稱為“半衰期”。
正如前言所言,在地球剛形成的那一段時間裡,構成地球的物質幾乎都處于熔融狀态,在這種情況下,輕的物質就會“上浮”,重的物質則會“下沉”,由于含有放射性元素的物質通常都比較重,因此它們更加容易沉積到地心深處。
這些放射性物質中包括了大量的鈾、钍等“半衰期”長達數億年、甚至上百億年的元素,正是因為這些物質持續地發生衰變并産生熱量,地核的溫度才可以到現在還這麼高。
尾聲地球内部的放射性物質畢竟是有限的,可以預見的是,當它們衰變得差不多了,地核的溫度就會開始下降,根據估算,大約在23億年之後,地核就會因為無法獲得足夠的熱量而開始降溫,不過由于地殼和地幔的“保溫作用”,地核的溫度将會下降得極為緩慢,要等到地核完全冷卻,估計需要上百億年的時間。
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