地球誕生在45億年前的一個原行星盤中,跟隨地球誕生的還有太陽、三顆巖石行星、四顆氣態巨行星、矮行星以及一些小行星,它們共同組成我們現在所看到的規律運行的太陽系。
誕生太陽系的原行星盤是一個充滿大量氫、氦以及各種重元素的氣體雲,這些物質在引力的作用下,緩慢的聚集形成了各種大小的物質結構,其中以太陽的質量最大,它主導著太陽系中99.86%的物質質量,其他的所有天體只不過是太陽形成後剩下的邊角料。由於物質在聚集的過程中引力勢能的釋放會轉化為能量,因此巨大的太陽在其核心首先點燃了核聚變。
同時由於重元素的沉降以及太陽風的剝離,導致了剩餘的輕元素被吹到了太陽系的外圍,而重元素則會更加靠近太陽本身,因此在太陽內部形成了四顆巖石行星,外圍是4顆氣態巨行星。同樣的行星在形成的過程中,也會由於引力勢能的釋放,整個星球被加熱,所以說,當地球剛開始形成的最初幾百萬年間,不僅是地核,就連地表也是熔融狀態。
不過隨著地球以熱輻射的方式向宇宙空間中不斷地釋放熱量,在45億年後地今天,地表早已經冷卻,但地核至今還處在高溫熔融的狀態,這說明地球整個結構地保溫能力相當好,不僅如此,地球內核中還有持續地能量供給,這也是地球地核沒有冷卻地主要原因。
先說下地球的結構
地球至今還沒有完全冷卻的主要原因還是跟地球的質量和體積有主要的關係,如果一個行星體積很小,地核就很容易因為熱量的散發而冷卻,其中火星就是這樣,由於火星的質量只有地球的14%,直徑約為地球的53%,科學家也推測,之所火星的地核已經完全冷卻的主要原因就是它太小的,保溫能力很差。
雖然我們生活在地球上,但是我們人類其實對地球的內部結構不是特別的清楚,畢竟我們看不到地下結構,也不能直接去研究地球的結構,只能通過間接的方式來獲取地球內部的信息,我們通過對地震波在不同層傳播速度的變化,將地球的結構分為巖石圈、地幔圈以及地核圈。其中在巖石圈之上還有生物圈、水圈和大氣圈。
巖石圈就是我們常說的地殼,以氧、矽、鋁這些化學成分為主,平均密度為2.9g/cm ,地殼是地球各個圈層中最薄的一層,並且各個地方薄厚差別很大,在高原或者高山地區地殼的厚度可以達到70公裡左右,而在海底有些地方的地殼厚度只有1.6公裡,整個地球的平均厚度在17公裡左右,雖然說地殼最薄,但是我們人類目前最深的鑽孔連地殼也沒有穿透。因此地球內部對我們來說,還蘊藏著巨大的未知。
地殼之下就是地幔,地幔分為上地幔和下地幔,整個地幔的厚度達到了2850km左右,體積為整個地球的82.3%,質量佔了整個地球的67.8%,所以地幔是地球最主要的組成部分,相比於地殼地幔的鐵含量明顯增加,整體的平均密度要不地殼大為5.1g/cm ,而且溫度高達3500-4000攝氏度,為固態和液態物質的混合物。
地幔之下就是地核,地核分為液態外核和固態內核,半徑約有3470km,佔了地球總體積的16.2%,但是其質量卻高達31.3%,這說明地球內核的物質密度非常大,主要為鐵、鎳等物質。溫度在4000到6800攝氏度,這裡有個問題就是,內核的溫度更高為何為表現為固態,原因就是內核的壓力非常大,達到了360萬個大氣壓,在這樣的壓力下導致了鐵的高溫下的相位表現為固態。外核的壓力稍微能低一些,為136萬個大氣壓,所以溫度更低的外核表現為液態。
從地殼到地幔再到地核,我們就能發現組成其物質的密度在不斷的增加,這時因為地球引力的作用使得更重的元素,在地球形成期間不斷地往下沉降造成地,目前的地球重元素還在不斷的發生沉降,未來會達到最完美的物質分布狀態。
地球為何還沒冷卻
對地球結構的分析我們可以看出,地球的各個層十分龐大,能夠有限的阻擋熱量向外傳遞,尤其是上地幔和地殼已經形成了一個固態緻密的包裹層,能對地核的熱量起到很好的保溫效果。而且,地球內部的巨大壓力和引力收縮也會為地球內部提供一定的能量。
除了以上的原因,在地球內部還存在著大量的放射性元素,例如:鈾-235、鈾-238、釷-232,這些放射性元素的衰變也會為地球內部帶來源源不斷地能量。
所以,地球地核溫度的冷卻速度非常緩慢,就算等到太陽毀滅,地球的核心也不會因為自身的散熱,完全冷卻為固態。