地球形成幾十億年,為什麼地下還有熔巖,地心高溫永不消失?

2020-12-04 星辰大海路上的種花家

十九世紀的科學被兩個大難題給困住了,一個是太陽是為什麼一直會發光發熱,另一個就是地球的年齡,現代中學生都能回答的問題,實在把當年科學家給害慘了!

很多朋友可能很奇怪,這地下的熔巖和太陽的燃燒原理與地球的熔巖有啥關係?你別說,還真有關係,而且還是環環相扣!

太陽到底是怎麼發光的?

各位耳熟能詳的大科學家們對於太陽的結論,能讓各位笑掉大牙,比如發現天王星、繪製銀河系的赫歇爾認為太陽有一個發光的大氣層,但在其下面涼爽宜居,可以住人!德國醫生兼物理學家邁耶 認為太陽可能是燒煤的,蘇格蘭物理學家沃特斯頓認為太陽是坍縮帶來的熱量(地球的熱量很大一部分來自引力坍縮),還有科學家認為是小行星不斷撞擊等等。

一直到1920年代的英國科學家愛丁頓才給出太陽能量來源的靠譜猜測,他認為可能是氫元素聚變獲得能量,但後來發現太陽內核的溫度不可能讓氫聚變,結果尷尬了,太陽還在發光,科學家卻不知道為什麼,這個問題是伽莫夫解決的,他發現了量子隧穿效應,解決了太陽內核氫聚變的問題。

後來漢斯貝特搞定了質子鏈反應,太陽發光原理終於搞清楚,而從太陽光譜中發現的氦元素的豐度以及太陽內核溫度以及氫元素聚變的速度,大概就能計算出太陽的年齡和壽命了!

科學家發現太陽的年齡可能高達四十多億年,而未來也將有接近五十億年的壽命!

那麼地球的年齡又是多大呢?

關於地球年齡的故事其實要比太陽要多得多,因為《聖經》中大概就記載了地球的年齡,當然並沒有直說,而是通過各種邏輯無法自洽的描述,最終被愛爾蘭天主教會的大主教所計算出來,他認為地球是公元前4004年10月22日下午6時被創造的!

Oh,My God,這位大佬居然精確到了小時,看來還真花了一番心血,但很可惜這是個錯誤的答案,後來史前生物化石的發現,這又給了科學家們靈感,得到了大量化石的法國博物學家布豐根據化石歷史,認為地球的年齡大約在7.5萬年左右。

之後物理學家開始介入用科學的方法測定地球的年齡,英國物理學家開爾文勳爵根據地下巖漿冷卻以及地表散熱的速度計算地球的年齡,他假設巖漿溫度為3870℃,然後提出了一個冷卻模型,求得地球年齡大約為9800萬年,經過各種誤差修正後上限為4億年,看起來確實很科學,但錯誤太多,比如巖漿溫度才700-1200℃。

在二十世紀以前,科學家儘管腦洞無數,但沒有一個正確答案,而1896年對於放射性元素的發現,則為地球年齡測定開啟了一扇新的大門!

1898年居裡夫婦發現了放射性元素釙和鐳,並且同時發現鐳元素在衰變時會釋放大量的熱,1904年盧瑟福發表了關於放射性對地球溫度和年齡的影響報告,認為地球內部的放射性元素產生熱量能平衡自身的冷卻,並且由此開創出了一個新的領域,放射性地球年齡測定!

1907年,美國化學家博爾特伍德認為鉛是鈾放射衰變的最終產物,因而提出了「鈾—鉛測定方法」,原理很簡單,鈾元素會一路衰變到鉛,那麼根據其半衰期,然後再根據一路衰變下來的元素比例,然後再根據原始的比例,即可準確計算出地球的年齡!

鈾元素的衰變鏈

美國地球化學家克萊爾·帕特森最終通過將隕鐵中的鉛鈾比例設定為初始值,然後將地球巖石中的鉛鈾比例為終值,計算出地球年齡大約41-46億年!帕特森仍然不太滿意,反覆尋找樣品測定地球年齡,最終找到鉛含量極低石質隕石(確定都是由鈾衰變而來),測定的結果是45.5±0.7億年。

各位發現沒?這和太陽的年齡不謀而合!

地球內部的熱量來源

上文中提到了鐳元素衰變會釋放熱量,而地球內核中的鈾元素衰變同樣會產生熱量,而且在內核中難以散發,所以這些熱量會讓整個地球內核出現熔融態,溫度高達6000度,和太陽表面差不多,當然還有部分熱量來自地球的引力坍縮能,不過據估計,地球內核熱量有80%以上來自放射性衰變,而引力坍縮能則佔不到20%。

這一點非常重要,一個熔融態的高溫內核,其含有大量的鐵鎳質,這是導電體,而來自太陽風對地球的誘發磁場,則給了這個初始系統一個磁通量,導致了地球發電機的誕生,當然就是瞎猜而已,因為到現在科學家都還搞不清楚地球磁場到底是怎麼誕生的的哈!

但有一點可以肯定,熔融態內核很重要,未來涼涼了磁場必定消失!而磁場幾乎就是地球生命的保護傘,因為太陽的核聚變產生大量能量都從太陽表面輻射到宇宙空間,其大量離子狀態的氫原子核(質子),氦原子核,電子等衝向四面八方,當然也包括地球!

如果沒有磁場,這些高能粒子將直達地球表面,它會電離人體組織中的原子,造成DNA損傷,嚴重的可能會導致腫瘤甚至死亡!所以磁場可以說是人類的保護傘,它不僅保護了生命,還保護了大氣不被太陽風「衝走」,因為磁場偏轉了高能帶電粒子,避免了它們衝擊大氣原子,讓大氣原子獲得能量逃逸!

地球內核熱量導致板塊運動,火山噴發等等,它們都有可能是促成地球生命誕生的重要因素。

地球內核未來冷卻

地球內核熱量的主要來源是鈾元素的衰變或者其衰變產物的繼續衰變,而鈾-238半衰期是44.7億年,鈾-235是7億年,不是早已過半就是已經過半,下一個周期就是一半的一半,內核越來越冷,科學家預計再過23億年,內核的熱量將無法維持液態流動內核,磁場將會消失!

不過還有23億年,Who怕Who啊!

相關焦點

  • 為啥地球形成40多億年,地下還有大量巖漿,地心溫度永不消失?
    雖然人類已經進入太空,開始緩慢的探索宇宙,其實人類對地球的研究並不深入,在地球的很多區域,因為環境惡劣等原因,人類無法進行探索,比如地球的內部存在一個核心「地核」。自從地球誕生這個核心就在不斷地釋放熱量,火山中的炙熱熔巖就是來自於地球的內部,為什麼地球的內部可以一直燃燒數十億年呢?
  • 地球形成了幾十億年,地下還是熔巖,地心冷卻過程要這麼久嗎?
    如今我們知道,地球內部的溫度很高,地心大概有5000多度,地心和地殼之間還有很長的距離,這當中的結構也很複雜。可是這就帶來一個問題,為什麼地球都有45億年的歷史了,還沒有完全涼透?需要多久才能涼透呢?他就提出,地球應該是空心的,這也被稱為地球空洞說。其實和他有類似想法的學者有很多。其實這完全就是純粹的猜測,並沒有什麼過硬的證據。畢竟以幾百年前的技術來看,想要探測到地球內部幾乎是一件不可能的事情。後來,到了上世紀,蘇聯和美國相繼的挖坑,希望能夠儘量挖得足夠深。
  • 為什麼地球形成了幾十億年,地下還是熔巖?專家表示超出你想像
    地球內核已經是固體了,但這是因為內核(液體)和地幔的上層壓力極高。請注意,正是外核產生了地球磁場。 地球表面的平均溫度大約是14℃,地球核心溫度高達5000度,在沒有太陽光照射的太空,溫度低至-270K;一百多年前,英國著名科學家開爾文,把地球想像成最初是一個巨大的熔巖,然後經過冷卻後形成了如今的地球,他根據熱力學傳導定律,計算出地球年齡在2000萬~4億年間。
  • 科學家檢測到地球深處有巨大的空間,地心世界真的存在嗎?
    人類雖然已經探索到太陽系的邊緣地帶,但對於地球內部的了解一直還處於停滯狀態,如今人們都知道地球的內部是存在大量空間而不是實心的,最近科學家通過檢測地球內部的震動再一次證實了有巨大的空間存在,某些空間的高度甚至能裝下數座珠峰,令研究人員不解的是這些區域位於高溫高壓的地幔層,火山噴發出來的巖漿就是從地幔層湧上來的,前幾年進行地質研究時也曾在地幔層檢測到巨型山脈,顯然地球內部的情況比想像的還要複雜。
  • 地球已經形成46億年,為什麼地心還在燃燒,還要多久才冷卻?
    地球內部結構主要分為地殼、地幔、外核層和內核層,地球的溫度會隨著深度的下降而升高,位於內核層的地心是地球溫度最高的地方,據推測地心的溫度高達6600℃,而太陽的表面溫度僅為6000攝氏度,也就是說地球的地心溫度比太陽表面溫度還要高,我們其實是生活在一個巨大的火爐上方,說到這裡很多人感到疑惑,地球至今已經形成了46億年的時間,這麼長的時間,按理說地心溫度也該冷卻了啊,可是非但沒有冷卻,溫度卻比太陽表面溫度還要高很多
  • 地球已經形成46億年,為什麼地心還在燃燒,還要多久才冷卻?
    地球內部溫度非常高,比太陽表面溫度還高根據地質學家勘測,地球內部結構主要分為地殼、地幔、外核層和內核層,地球的溫度會隨著深度的下降而升高,位於內核層的地心是地球溫度最高的地方,據推測地心的溫度高達6600℃,而太陽的表面溫度僅為6000攝氏度,也就是說地球的地心溫度比太陽表面溫度還要高,我們其實是生活在一個巨大的火爐上方,說到這裡很多人感到疑惑,地球至今已經形成了46億年的時間
  • 真實版危險地心遊記,探洞旅行揭秘地下熔巖
    《地心遊記》是美國一部探險電影大片,影片講述地質學家特雷弗因為打破傳統思維,提出看似不合邏輯的猜想而受到學院派科學家們的質疑和孤立。為了證明自己、尋找失蹤的哥哥,他和侄子去冰島探險,由此面臨了許多驚心動魄的危險。
  • 地球最深的地方:馬裡亞納海溝是否能直達地心?
    深海底部由於板塊擠壓等地質活動產生裂縫,進而形成海底火山,火山下連接著地殼更深處的巖漿池,巖漿形成的條件是大陸地殼下30km,洋殼6km以下,深度自然又比馬裡亞納海溝深多了。由於巖漿環境不像海水,密度比水大得多,很多物質都會直接浮在巖漿表層被焚毀。
  • 「地心文明」真的存在嗎?科學家:地球有兩個大「腫瘤」隱藏無數...
    她介紹,早在上世紀70年代,科學家通過地震波探測發現了地心內部存在兩個巨大的「腫瘤」,高度甚至超過上百個珠穆朗瑪峰。但時至今日,仍然無人知曉它們究竟是什麼。Jennifer Jackson 是加州理工學院的礦物物理學教授,主要研究方向為地球構造。她與團隊運用「地震層析成像法」對這兩個神秘「腫瘤」做了一次全面檢查。
  • 地球形成了幾十億年,地心仍舊是巖漿,為何冷卻的這麼慢?
    上圖:全球的長波輻射分布(1985年4月),單位瓦/平米。表面積與體積的比行星越大散熱就越慢,這是由於表面積隨著體積增大,與體積的比例越來越小(一個二次方與三次方的比),這跟動物體型越大就越能抗寒的道理一樣。
  • 蘇聯「地心計劃」,因地下傳來「哀嚎」聲而停止,50年後揭開謎底
    ——三國吳·徐整·三五歷記地球是怎麼來的,東西方一直有著不同的描述。西方人認為是神創造天地萬物,東方的觀點是宇宙由盤古開天闢地而來。文明沒有誕生前,地球正處於混沌狀態,形狀像個雞蛋的模樣,盤古在混沌中孕育一萬八千年。突然有一天,盤古醒來將天地劈成兩半,「蛋清」輕飄飄地化作天,「蛋黃」則下沉成為大地。
  • 蘇聯「地心計劃」,因地下傳來「哀嚎」聲停止,50年後揭開謎底
    ——三國吳·徐整·三五歷記地球是怎麼來的,東西方一直有著不同的描述。西方人認為是神創造天地萬物,東方的觀點是宇宙由盤古開天闢地而來。文明沒有誕生前,地球正處於混沌狀態,形狀像個雞蛋的模樣,盤古在混沌中孕育一萬八千年。
  • 研究地殼年齡就能推算太陽系產生的時間,地心深處究竟是什麼樣子
    而且這個假說中地球一開始就沒有高溫的過程,地殼形成的時間也和現在的地質學相同。地質學家認為地球上的大陸和山脈的形成不需要經歷非常巨大的災變,在地球上出現生命之前地球上的地殼已經具備現在的形態了。地殼的變化在幾十億年間完全是由地質運動來改變的,火山、水流的衝刷和沉澱、地殼的運動等等這些因素是地球的表面變成了現在的模樣。
  • 月球現天然坑洞或為地下熔巖管道入口(組圖)
    美國宇航局的月球勘測軌道器(LRO)正在發回地球的,有關月球上的一些數百英尺(1英尺約合0.3米)深的天然坑洞的圖片,引得科學家不禁浮想聯翩。月球勘測軌道器照相機的重要研究人員、亞利桑那州立大學的馬克·羅賓遜說:「它們可能是一個地下『仙境』的入口。我們認為這些大型坑洞其實是『天窗』,當地下熔巖洞頂發生塌陷時,就會形成像天窗一樣的結構。」
  • 將地球打穿跳進去,既不會穿過地球,也不會停在地心
    既然地心的方向就代表了下,那麼如果我們把地球打穿一個洞,然後再跳進這個洞裡,會發生什麼呢?如果是一個普通的洞,跳進去必然會從洞的另一個出口跌落,但地球不同,地球的引力方向是指向地心的,所以跳進去的人顯然不可能穿越到地球的另一端。那麼是否會因為地心的引力作用而停留在地心呢?同樣也不會。要尋找這個腦洞問題的正確答案,我們還要從簡諧運動說起。
  • 地球空心論說法,美國少將講述地心的秘密!
    這些「高個白人」只在火山口待了很短一段時間,隨後就消失在火山口內的一塊巖石後面。緬甸森林洞內城市第二次世界大戰期間,美國士兵希伯在同侵緬日軍的作戰中與戰友失散,被遺留在緬甸的森林中。有一天,他無意中發現一處被巨石隱蔽的洞口。希伯冒險進入洞內,竟然發現裡面被人工光源照得亮如白晝,儼然是一座龐大的地下城市。希伯正看得入迷時突然被抓住,一關就是4年,後來尋機拼命逃出。
  • 地心深處天然鑽石儲量驚人,是技術太落後還是其它原因不開採?
    %至2%鑽石成分的固態巨石,在地殼這個位置已經到達熔巖層,通常碳元素在這種高溫高壓環境下結構排列會非常緊密從而形成天然鑽石,這個發現意味著碳元素以鑽石形態出現在地心並不罕見。克拉通是地心一種密度較小的構造,觀察它可以了解地球板塊的運動情況,在這個區域能發現巨型鑽石礦說明地球更深處還會有更多的鑽石,科學家估計以地球內核的規模可能含有鑽石量在1000萬億噸左右,雖然地核深處含有如此巨量的鑽石但對於人類來說,這些鑽石基本不可能進行開採,因為地核溫度高達6000度而且巨大的壓強足以摧毀任何物質
  • 地心溫度高達6000°C,為什麼我們在地面上感受不到?
    我們知道,地球的南北極是非常寒冷的,有記載的最低溫達零下93攝氏度,而沙漠中的最高溫也只有60攝氏度。相比起地球表面,地球的內部溫度可謂是非常恐怖,最高溫可達到6000攝氏度(與太陽相當),是名副其實的地獄。
  • 地球地核處的溫度與太陽表面相當,為什麼會有這麼高的溫度?
    ●地球內部溫度相當高,核心處的溫度可以與太陽肩並肩。地球內部的溫度相當高,通常來說越靠近地心溫度也就越高。地殼的厚度約有3470 千米,主要由鐵和鎳組成,地球上的磁場就是由此產生的。地核深處的壓力是地球表面大氣壓的上百萬倍。●地球內部的溫度為什麼那麼高?為什麼這麼長的時間還沒有冷卻?地球自誕生起,年齡已經有45億年了。在地球誕生之初,地質結構非常不穩定,火山頻繁爆發、巖漿四溢,地球表面的溫度也非常之高。
  • 《46億年的地球物語》7.2 地下惡魔——大於老師與你一起讀書
    在介紹地球知識、普及科學的同時,也帶我們體驗了一場人類文明的形成之旅。內容導讀火山裡面是什麼?巖漿!那巖漿有什麼呢?熔化的巖石!如果說地殼是地球的皮膚,巖漿就像是皮膚之下的血液,一旦地殼上有薄弱或者破裂的地方,恰好這裡還有巖漿存在,巖漿就會衝破地表噴湧而出。