如果你想到火山爆發,你就知道地球內部一定很熱。地球內部的熱量想轉移到大陸,從而形成山脈,引起地震。但地球內部的熱量從何而來呢?
地球內部有三種主要的熱源:(1)地球形成和膨脹時產生熱量尚未流失;(2)摩擦加熱,由密度較大的核心物質下沉到地心引起的;(3)放射性元素衰變產生的熱量。
地球剛形成時很熱
地球上的很多熱量是45億年前地球形成時遺留下來的。
現在的理論普遍認為地球是由吸積作用形成的,地球形成後,隕石互相吸引,形成更大的物體,從而吸引更大的物質,直到達到現在的大小。
這個過程積累了大量的熱量,就像兩個物體碰撞時產生熱量一樣,想象一下當錘子敲打石頭時,是不是錘子和石頭都變熱了呢。
這些熱量足以加熱地球到熔融狀態,至今也沒有完全消散,大約佔現在地球內部總熱量的10%。
(擴充套件閱讀:目前關於月球是如何形成的有一個最被認可的觀點,那就是一個火星大小的天體與原始地球的碰撞,飛出去的部分形成月球。當兩個如此大小的物體碰撞時,會產生大量的熱量,其中相當多的熱量被保留下來。)
地球自己製造了更多熱量
在過去的幾十億年裡,地球的溫度可能下降了幾百度,但現在地球接近穩定的溫度狀態,因為它在內部自己產生熱量。
換句話說,自從數十億年前地球形成以來,它一直在失去熱量,但現在它產生的熱量幾乎和它失去的一樣多。
圖為:小行星撞擊地球形成月球
地球自己產生的熱量一部分來自放射性衰變(例如鈾,這些熱量約佔地球核心溫度的90%),少部分來自核心的高密度富鐵物質下降到地球中心摩擦產生的。
天然反射性元素鈾是一種特殊的元素,因為當它衰變時,會產生熱量。正是這些熱量使地球無法完全冷卻下來。
地殼和內部的許多岩石都經歷了這種放射性衰變過程。這個過程會產生亞原子粒子,這些亞原子粒子會被壓縮,然後與地球內部的物質發生碰撞,它們的動能轉化為熱能。
如果沒有這個放射性衰變的過程,就不會有那麼多的火山和地震,也就不會有那麼多的地球山脈。
地球能很好的保溫
雖然地球本來就很熱,同時自身也能產生熱量,但是最重要的是地球“保溫”能力還不錯。
地球核心通過地球液體外核和固體地幔內部的熱量“對流”輸送和通過非對流邊界層(如地表的地球板塊)的較慢的熱量“傳導”輸送實現熱量流失,但這需要很長很長時間。
因此,從地球最初形成開始,地球上的大部分原始熱量就被保留了下來,自己產生的熱量也流不出去。
所以到現在地球核心依然很熱,並且在太陽膨脹毀滅地球前都會很熱。
那麼問題又來了,地球核心到底有多熱,科學家又是如何測量它的溫度呢?
地球內部有多熱?
地球核心到底有多熱,這個問題沒有人能夠回答,到目前為止,地球最深的鑽孔(科拉超深鑽孔)也不過才12公里多,對於地球半徑的6371公里還是差太多了。
但是地震波的傳播速度告訴了科學家們很多關於地球是由什麼物質構成的資訊,從2886公里到中心6371公里的地核深處主要是鐵,還有一些汙染物構成。
通過測量核心的聲速(通過地震波傳播的速度來測量)和核心的密度與實驗室中高溫高壓下鐵的密度非常相似。
鐵也是唯一一種與地核的地震屬性密切匹配的元素,而且在宇宙中也足夠豐富,足以構成地核中地球品質的大約35%。
同時,地震資料也揭示了這些構成物質是液體、固體還是部分固體。
因此,如果我們可以在實驗室測量鐵在極壓下的熔化溫度,那麼這個溫度應該與地核的實際溫度相當接近。。根據這些證據,地球的核心溫度估計在5000到7000攝氏度左右(跨越非常巨大)。這大約是太陽表面的溫度,但比太陽內部的溫度要低得多。
最後
順便說一下,雖然地球內部產生的熱能是巨大的,但其能量卻比地球從太陽接收到的熱量低了5000倍。太陽的熱量驅動天氣,並最終導致侵蝕。
具有諷刺意味的是,雖然地球的熱量會形成山脈,但太陽的能量會一點一點地將它們摧毀。
如果不是這些平衡的存在,地球上也不可能這樣生機勃勃!