地球已形成45.5億年了,為什麼地核溫度還這麼高?

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,而地球之所以能夠產生磁場,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公里,主要由鐵元素和鎳元素構成,其質量佔據了地球總質量的大約31.5%,溫度約為4000至6800攝氏度(從外到內逐漸遞增),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,隨著時間的流逝,星雲中的絕大部分物質都聚集在了星雲中心,並最終演化出了太陽,而剩餘的物質則圍繞著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,其中經歷了不計其數的碰撞,在每次碰撞發生的時候,都會產生一定的熱量,在此基礎上,再加上地球本身的凝聚收縮也會在其內部產生很多熱量,這些熱量疊加在一起就非常巨大。

(注:物體碰撞會產生熱量,其實就是動能轉變成熱能,一個簡單的例子就是,假如我們用鐵錘反復錘一枚鐵釘,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,熱量只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態。

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,不過地球的降溫並不是均勻的,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,這就意味著,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,它們原子核內部會釋放出各種粒子或射線(如α粒子、β射線、γ射線)等等,同時還會產生熱量。

雖然我們不能確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確定,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態,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、釷等「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並產生熱量,地核的溫度才可以到現在還這麼高。

尾聲

地球內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」,地核的溫度將會下降得極為緩慢,要等到地核完全冷卻,估計需要上百億年的時間。

用戶評論