45億年了,為何地球的內部還在「燃燒」?地核的能量還能用多久?

2020-11-27 魅力科學君

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地核的溫度高達6千多攝氏度(太陽表面的溫度也才5500攝氏度左右),正是因為這顆熾熱的核心,地球才擁有了強大的磁場,生命也才得以在地球上存在。這就讓人產生了一系列的疑問,例如:地核的溫度比太陽表面還要高,它的能量從何而來?已經過去45億年了,為何地球的內部還在「燃燒」?地核的能量還能用多久?今天我們就來講一下。

(註:本文的「燃燒」並不是真正的燃燒現象,只是一個比喻,因此筆者加上了引號)

太陽系形成於一片巨大的分子雲,在太陽形成之後,這片分子雲的剩餘物質便在太陽的周圍形成了一個原始行星盤,在萬有引力的作用下,它們在這裡互相碰撞、吸積,漸漸地演化成了太陽系中的各種天體,其中也包括了我們的地球。

在碰撞和吸積的過程中,物質攜帶的動能會轉化為熱能,隨著原始地球物質的不斷增加,這些熱能就一點一點地累積起來,從而使原始地球的溫度持續升高,而真空是不導熱的,原始地球的熱量只能通過效率低下的輻射向外釋放,由此我們可以看到,在那個時候,由於地球熱量的「收入」遠遠大於「支出」,日積月累之下就導致原始地球變成了一顆溫度極高的熔融星球。

地球內部「燃燒」的初始能量就來自於此,當一切塵埃落定之後,地球熱量「收支情況」出現了逆轉,地球開始降溫,越接近地球表面的位置,降溫的幅度就越快,於是地球就慢慢地形成了地殼、地幔以及地核,地球的溫度也就分了層次,具體表現在越靠近地心,溫度就越高。

地殼和地幔都是熱的不良導體,它們就像厚厚的毯子一樣包裹著地核,使地球內部的熱量不會輕易溢出,這就是已經過去45億年了,地球的內部還在「燃燒」的原因之一。第二個原因就是,地球內部的放射性物質的衰變產生了熱量。

在原始地球處於熔融狀態的時候,組成地球的各種物質會在地球重力的作用下出現「分異」現象,即重的物質向下沉,輕的物質往上浮,因為放射性物質通常都較重,所以在地球冷卻之後,絕大部分放射性物質都會集中在地核中。順便講一下,黃金也很重,因此在地球深處的黃金比我們目前在地球表面找到的黃金要多得多,科學家初步估計,地球深處的黃金儲量至少有60億噸,平均下來,每個地球人都能分到好幾百公斤。

這些放射性物質的半衰期通常都是以「億年」來作為單位(比如說鈾-235:7億年、鉀-40:13億年、鈾-238:44億年、釷-232:140億年),在過去的45億年的時間裡,這些放射性物質一直在慢慢地衰變,由此產生的熱量也保證了地球內部的持續「燃燒」。

然而地幔和地殼並不能完全鎖住地核的熱量,地球內部的放射性物質也是不可再生的,可以預見的是,地球的內部不可能永遠「燃燒」,那麼地核的能量還能用多久呢?

事實上,地核的溫度一直在降低,科學家通過研究發現,目前地核的溫度與45億年前相比,已經低了至少200攝氏度,而根據計算機模型推測,地球內部的放射性物質還可以在接下來的23億時間裡維持地核的高溫,在此之後,地核的熱量將無法得到有效的補充,從而開始出現比較明顯的降溫趨勢,但由於地幔和地殼的鎖溫作用,地核的溫度下降得不會太快,估計在100億年之後,地核才會完全冷卻。

值得一提的是,太陽一直在慢慢地變亮,從誕生到現在,太陽的亮度已經增加30%多,最多在10億以後,不斷變亮的太陽就會把地球變成一顆不適合人類生存的星球,即使未來的人類想辦法減少了太陽的輻射,在50億年以後,太陽也會膨脹成紅巨星,並將地球吞噬掉。因此等不到地核冷卻的那一天,我們人類就必須要離開地球。

好了,今天我們就先講到這裡,歡迎大家關注我們,我們下次再見`

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