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  • 1 # 量子科學論

    更準確的說,地球有一個固態核心和液體外核,然後才是下地幔,這裡就有兩個問題:我們沒打穿地球,我們是如何知道地核的構成的?還有再整個核心中為何核心先冷卻了,而外核還是液態?正好與我們的常識相反。今天我們就解決這兩個問題。

    我們先來看看地球的地質分層是如何形成的?

    看看上圖,我們的地球家園,你會發現超過70%的表面被水覆蓋。

    我們現在都知道這是為什麼,因為地球水多唄!而且水的密度小,海洋就漂浮在岩石和泥土之上,構成了我們所知的地球表面構造。

    其實這就是我們常說的浮力的概念:密度越小的物體上升到密度越大的物體之上,而密度越大的物體則下沉到水底,浮力概念不僅僅可以來解釋水所表現的上升和下降。

    同樣的原理也可以解釋地球整個的地質分層!例如:為什麼氦氣球從大氣中升起,為什麼大氣在海洋之上,為什麼冰可以漂浮在海面,石頭可以沉入海底,而海洋又在陸地之上等等....!看下圖:圖片文子其實已經簡單的說了,我們是如何給地球分層的,後面我們還會講到!

    下圖說明:地球上密度最小的部分是大氣,漂浮在海洋之上,海洋又漂浮在地殼之上,地殼位於密度更大的地幔之上,地幔本身無法下沉到地球密度最大的部分:地核,其實就是密度最大的物質在不停的沉降!

    現在我們應該能想到地球最穩定的狀態是什麼?應該就像一個洋蔥那樣一層一層的,最密集的元素都在地球的中心,由內到外的每一層逐漸由密度較小的元素組成。事實上,地球上發生的每一次地震實際上都是地球向理想狀態再不停的邁進。

    以上的說法不僅解釋了地球的結構,還可以解釋所有行星的結構。

    那麼構成地球最初的元素是從哪裡來的

    在宇宙非常年輕的時候,也就幾分鐘的時間吧!當時的宇宙幾乎只有氫和少量的氦。所有較重的元素都是在後來形成的恆星中產生的,只有當這些恆星死亡時,它所加工的重元素會被重新拋回到宇宙中,從而形成新一代的恆星。

    但是這一次,所有新元素的混合物,不僅僅是氫和氦,還有碳、氮、氧、矽、鎂、硫、鐵等等,不僅形成了新的恆星,而且形成了圍繞恆星的原行星盤。

    新形成的恆星會優先將較輕的元素推到太陽系的外部,而引力和物質分佈的不均勻則會導致行星盤不穩定,區域性在引力作用下坍縮並形成行星。

    就以我們太陽系為例,太陽系最深處的四顆行星是太陽系中密度最大的四顆行星,其中水星由密度最大的元素組成。

    但是外行星,由於質量更大,離太陽更遠,因此受到的輻射更少,它們能捕獲大量的輕元素,並形成氣態巨星。

    這些星球中的每一個,都和地球一樣,總體上最密集的元素都集中在核心,較輕的元素在核心周圍逐漸形成密度越來越小的分層。

    鐵是超新星以外的恆星能聚變到最穩定、最重的元素,也是地核中最豐富的元素。(超新星爆發後會產生少量的重元素,其實是中子星碰撞,我有篇文章專門提到了重元素的產生,可以翻閱下)但令我們覺得奇怪的是,在固體核心和固體地幔之間,有一層2000多公里厚的液體層:地球的外核,而且這個巨大的液體層佔地球質量的30% !

    這時你可能會想,核心都冷卻了,外核居然沒冷卻,冷卻不應該是從外向內嗎?而且我們又沒有打穿地球,怎麼會知道有液態核心的?下面就說這些問題:

    地震產生的地震波是如何告訴我們地球內部的構造的

    地震中產生的地震波有兩種:

    壓縮波,也就是我們所知的p波,它的工作原理就像脈衝穿過彈簧一樣

    二次橫波,被稱為S波,就像海面上的波浪一樣。

    世界各地的地震監測站都能有效的探測到P波和s波,上圖中可以看到s波不會穿過液體,而P波雖然穿過液體,但它們會發生折射!

    因此,我們可以知道地球有一個液態的外核,一個固態的外地幔,和一個固態的核心!這就是為什麼地球的核心有最重、密度最大的元素,而我們知道它的外核有一層液體。

    但是地球外核為什麼是液態的呢?

    和所有其他元素一樣,鐵是固體、液體、氣體還是“其他”形態取決於鐵的壓力和溫度。

    但是,鐵要比我們熟悉的許多元素複雜得多。鐵可以呈現出多種晶體固相,我們一直深入到地心,那裡的壓強是海平面的幾百萬倍。對於這樣的超壓,我們就需要知道鐵在超高壓下的相圖!這個科學家其實早就對鐵研究過了,這些都不是我們操心的事!

    這張圖顯示的壓力高達120GPa,重要的是要記住我們的大氣壓只有0.0001GPa,而我們的核心承受著330-360 Gpa的壓力!

    在360 Gpa的高壓下,鐵的熔化需要極高的溫度,相當於太陽表面的溫度。然而,相同的溫度,在較低的壓力下,鐵很容易保持液態,而在較高的壓力下,鐵會形成固體。這對地球的地核意味著什麼?

    這意味著,隨著時間的推移,地球冷卻,其內部溫度下降,而其壓力保持不變。換句話說,當地球最初形成的時候,很可能整個地核都是液態的,但隨著地核持續冷卻,所以地核就從內部開始變為固態!我們都知道固體比液體密度高,體積更小,地球核心的縮小會導致地球會輕微收縮!這又會造成什麼結果呢?

    沒錯,就是地震!

    所以地球核心的外核是液態的,因為地核溫度足夠高,在外核壓力低的地方就可以熔化鐵。

    如果我們展望未來,地球的地核完全冷卻為固態,會發生什麼?已經有前車之鑑了,我看可以看看水星!

    因為水星很小,所以水星核心冷卻的速度很快,並且由於核心的冷卻,水星表面產生了長達數百公里的大裂縫!

    那麼,現在在問:為什麼地球有一個液態核心呢?因為它還沒有完全冷卻!我們所感覺到的每一次地震,都是地球向著理想狀態,核心冷卻又邁進了一步。不過這個速度很慢很慢,慢到足以把太陽熬成紅巨星!

  • 2 # 碧海晴天48

    地球的地核和地幔是由不同物質構成,承受的壓力也很大。所以他們還是液態固態。液態固態不同造成他們的轉動也不同步。地球才產生了磁場。正因為地球有磁場,所以抵抗住了太陽風,不把空氣水在地球上奪走人類才可以生存。娛樂中很多別的星球為什麼不能產生生命呢?他們缺少了地球的條件。比如金星,火星。沒有磁場,不能抵擋太陽風在星球表面的刮過。空氣和水都不能在。星球表面停留,只有地球才具有這個得天獨厚的條件。因此才孕育了人類。我們是多麼的幸運啊!

  • 3 # 環球科幻

    地球的地核沒有辦法直接觀察和測量,人類鑽探最深的礦井還沒超過13000米,那是用什麼辦法測量和判斷地幔、固體內心、流體外核呢,目前的測量都是透過地震波和磁場的分析來判斷的。地震波速分析似乎表明,內芯是由鐵組成,含有少量鎳和其他元素。地球的外核是一個大約2400公里厚的流體層,也是由不純淨的鐵水合金組成的,它們位於地球的固體核心之上和地幔之下。內芯和外芯之間的過渡位於地表以下約5150公里處。與內部固體核心不同,外部核心是液體。外核的流體運動會與潮汐力發生共振,這樣的活動持續了幾十億年,更強的流體運動產生的額外熱量更可能阻止了核心的生長。

    我們怎麼知道溫度?答案是我們確實沒有。地球的中心位於我們腳下6400公里的地方,地核的可接近性要差得多,更難以直接探測。我們不僅沒有接近核心的技術,而且根本不清楚如何才能做到這一點。因此,科學家們只能透過間接地辦法推斷出地球內部的溫度。透過觀測地震波透過地球的速度,如果能夠在高溫和高壓下將這些性質與已知物質的性質相匹配,則可以(原則上)推斷出地球深處的環境條件。

    事實上,地球中心的條件是如此極端,以至於很難進行任何一種實驗室實驗來精確的模擬地球核心的條件。目前對地球核心溫度的估計範圍從大約7000到12000度。如果我們非常精確地知道鐵在高壓下的熔化溫度,我們就能更精確地確定地核的溫度,因為它主要是由鐵組成的。

    地球深處有三種主要的熱量來源:1.行星形成積累時產生的熱量,目前還沒有消失2.由於密度更大的核心物質下沉到行星中心而引起的摩擦加熱3.放射性元素衰變產生的熱量。熱量離開地球需要相當長的時間。這是透過地球液體外核和固體地幔內的“對流”熱傳輸和透過非向量邊界層(如表面的地球板塊)緩慢的“傳導”熱傳輸實現的。因此,地球最初積累和發展其核心時的大部分原始熱量都被保留了下來。

    早期地球並不缺乏熱量,而且地球也無法快速冷卻,導致地球內部持續高溫。實際上,地球板塊不僅在內部起到覆蓋層的作用,甚至固體地幔中的對流熱傳輸也不會散失掉多少熱量。地球核心的冷卻是非常緩慢的過程。

  • 4 # 地外天使講科學

    對於地球為何有個液態核心?核心為何還沒有冷卻呢之話題,我個人的觀點認為,地球是太陽系唯一的一個儲能的星球,地球地核和地幔圈層中的能量物質,是一種有機核能物質的體現,它的物質形態不是一種液態的表現,而是一種高密度、高純度和高強度的可燃能量物質之流質態的體現。

    目前在地球地核與地幔圈層中儲存的核能物,是一種可燃有機物量的積累表現,是透過地球生物圈持續形成與進化生存的自然手段,來實現能燃燒的有機能量物質的不斷生產、製造和積累,並又能透過地殼有機物質運動與變化的自然手段,將有機可燃的能量物質逐步送進到地幔與地核的圈層之中,從而,獲得地球地核與地幔圈層之核能物質積累和儲存的體現。

    由於地核與地幔的核能物質在地殼圈層固態物質與液態水體的圍封下,具有核能物質的儲熱性,地核溫度可達8千攝氏度或以上,地幔溫度可達3千攝氏度或以上,地殼圈層滲透性的液態水體在還未接近到地幔表層之前,會被其強大的熱能所氣化,無法對其起到持續的冷卻作用,反而,隨著地核和地幔的核能物質不斷累積的增加,其內在溫度會顯得越來越高。

    因而,存在於地球地核與地幔圈層中的核能物質,可以準確地說,是無法自然冷卻的情況。不知這樣的回答是否準確?!如讀者閱後覺得我說的對,希給個點贊並關注我,可閱讀到我相關科學領域前沿上千個的原創答題,歡迎大家一起來討論和學習。宇明於東莞市。(注:原創作品,版權所有,抄襲必究。)

  • 5 # 人類之源

    我記得"5,12”汶川地震發生後,中國有關發言人在新聞釋出會上說:"上天難,入地更難”的悲觀而又無奈的兩句話,以此推理,天上若知百分之三十,那麼入地最多隻知百分之二十。既然地層內部還存有百分之七十以上的未知數,那為什麼肯定說地核屬高溫達上千度?其證據何在呢?地球人之所以深受地震,火山等自然災害之苦,就是因為這些錯誤的傳統理論觀點像一座座搬又搬不掉,推也推不倒的大山,擋住了後來探究者們的思路和觀點,才導至了人們探索幾百年仍然處於"入地更難″的艱難局面。之所以我在這裡光談題外話,不談自已的觀點,就是因為民科談的再多,再有理也不如洋人放個屁。謝謝邀請!

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