地球拥有长达46亿年历史,这么长时间为何地核岩浆还没有冷却?

路昭观看科技 2024-10-31 01:34:30

在太空的广袤虚空中,行星们悬浮着,它们散热的手段非常有限。散热主要通过热辐射的形式进行,因为对流和蒸发等机制无法迅速将热量散发,所以行星地表的热量最终以长波红外辐射的形式散入宇宙深空。然而,这些辐射中的一部分被大气层所吸收,尤其是那些云层和温室气体,能够有效散入太空的辐射量相对较少。

以地球为例,其现在的温度之所以能保持相对稳定,正是因为这种辐射与地球从太阳吸收的热量以及内部的地热达到了一种微妙的平衡——否则,地球的温度不是持续攀升就是不断下降。尽管如此,对地壳之下翻滚的岩浆来说,这种散热效率极其低下。即便所有的地热能够完全释放,其散发的能量也不过是每平方米91.6毫瓦。

而且,这还没把太阳每天输送给地球的巨大热量计算在内(想想盛夏的炙热),虽然太阳的能量对于地球内部温度的维持并无太大贡献。

行星的散热速度与其体积大小密切相关。行星越大,散热越慢,这是因为随着体积的增加,其表面积与体积的比值减小(想想一个正方形的面积与其边长的比值关系)。这就好比大型动物相比小型动物更能耐寒的道理。

以火星为例,与地球相比,它的体积只有地球的15.1%,质量为地球的10.7%,数十亿年的岁月已让其内部热量耗尽,变得寂静无声,地底已无岩浆活动迹象。而地球与金星在质量和体积上相差无几,故内部的岩浆活动依然活跃。

此外,地球内部的岩浆主要由硅铁质构成,地核部分更是以铁镍为主。这类物质密度大,流动性远不如那些气态行星内部冷凝的低密度元素,所以对流并不十分强烈,几十亿年来对地核的散热效率相对较低。因此,地球和金星一样,内心都保有一个炽热的地核。

地球内部的对流与地表的地理环境相互影响,对流活动似乎被严格限制在某些特定的区域,并且主要在更深的地下活跃。地幔并不是我们想象中的一片岩浆海洋。

通过对地球内部对流的3D模拟,我们可以看到,对流主要集中在某些特定的柱状结构上,而大部分液态岩浆的对流则被束缚在更深的地下。

地球内部的热量也不全是靠初生时代的残留,放射性元素衰变也会释放热量。在地球的地幔和地壳中,有四种放射性同位素——铀-238、铀-235、钍-232和钾-40,它们因为相对丰度较高,成为主要的热量来源。据估算,单是钾-40就贡献了约40太瓦的地热功率。甚至在地球表面,我们也能发现那些自然发生的核裂变反应堆。

综上所述,这些因素共同影响着地球的散热过程,使得地球至今依然保持着活力,若非如此,地球也可能像火星一样变得寂静冷漠。

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