地球已形成45。5亿年了,为什么地核温度还这么高?
地球能够成为一颗生机勃勃的星球,有一个不可或缺的因素就是,地球具备了一个强大的行星磁场,在它的保护下,地球的大气层才不会被来自太阳的高速带电粒子流"吹"散,而地球之所以能够产生磁场,则是因为地球拥有一个巨大且炽热的核心。
根据科学家的估算,地核的半径约为3470公里,主要由铁元素和镍元素构成,其质量占据了地球总质量的大约31.5%,温度约为4000至6800摄氏度(从外到内逐渐递增),作为对比,太阳表面的温度也才5500摄氏度左右。地球已形成45.5亿年了,为什么地核温度到现在还这么高?
要回答这个问题,我们需要从太阳系的形成开始讲起,太阳系形成于一片巨大的原始星云,在大约46亿年前,这片星云在引力的作用下不断坍缩,随着时间的流逝,星云中的绝大部分物质都聚集在了星云中心,并最终演化出了太阳,而剩余的物质则围绕着太阳形成了一个盘状结构,这被称为"原行星盘"。
在接下来的时间里,"原行星盘"中的物质不断地碰撞和吸积,逐渐演化成了太阳系中的各种天体,地球就是其中之一。
地球的形成是一个从小到大的过程,其中经历了不计其数的碰撞,在每次碰撞发生的时候,都会产生一定的热量,在此基础上,再加上地球本身的凝聚收缩也会在其内部产生很多热量,这些热量叠加在一起就非常巨大。
(注:物体碰撞会产生热量,其实就是动能转变成热能,一个简单的例子就是,假如我们用铁锤反复锤一枚铁钉,那么铁钉很快就会变热)
我们知道,热量的传递方式有传导、对流以及辐射,其中辐射的效率是最低的,而在宇宙空间中,热量只能以辐射的方式向外释放,因此在地球形成的过程中,其热能的"收入"远远地超过了"支出",所以原始地球的温度就越来越高,以至于整颗星球上的物质几乎都处于高温熔融状态。
在地球形成之后,其运行轨道区域的物质也被清除得差不多了,于是地球就开始降温,不过地球的降温并不是均匀的,具体表现为距离地心越近的位置,热量散失得就越小,就这样,地球慢慢地形成了地壳、地幔、地核,其中地壳温度最低,地幔次之,地核温度最高。
地核最初的热量,就是来自上述过程,在地壳和地幔的包裹之下,地核的热量散失得很慢,然而这仍然抵不过长达45.5亿年的时间,这就意味着,地核还有其他的热量来源,是什么呢?答案就是放射性元素。
放射性元素的原子核是不稳定的,它们会自发地发生衰变,在衰变过程中,它们原子核内部会释放出各种粒子或射线(如α粒子、β射线、γ射线)等等,同时还会产生热量。
虽然我们不能确定单个放射性元素的原子核何时会发生衰变,但是对于大量的原子核来讲,其半数发生衰变时所需要的时间却是确定,这个时间也被称为"半衰期"。
正如前言所言,在地球刚形成的那一段时间里,构成地球的物质几乎都处于熔融状态,在这种情况下,轻的物质就会"上浮",重的物质则会"下沉",由于含有放射性元素的物质通常都比较重,因此它们更加容易沉积到地心深处。
这些放射性物质中包括了大量的铀、钍等"半衰期"长达数亿年、甚至上百亿年的元素,正是因为这些物质持续地发生衰变并产生热量,地核的温度才可以到现在还这么高。
尾声
地球内部的放射性物质毕竟是有限的,可以预见的是,当它们衰变得差不多了,地核的温度就会开始下降,根据估算,大约在23亿年之后,地核就会因为无法获得足够的热量而开始降温,不过由于地壳和地幔的"保温作用",地核的温度将会下降得极为缓慢,要等到地核完全冷却,估计需要上百亿年的时间。
好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见。
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