地球已經45億歲了,怎麼還沒涼?它涼了可就麻煩了

2021-01-17 科學信仰孫晨

地球擁有三層結構,即地殼、地幔與地核,除了我們能夠直接接觸到的地殼部分之外,地幔和地核都是十分熾熱的。

宇宙是近乎於真空的,也就是說它是一個接近於絕對零度的寒冷空間,平均溫度約為-270.15攝氏度,任憑多麼熱的東西,只要放置在宇宙之中,它就會慢慢走向冷卻,而我們的地球已經40多億歲了,它怎麼還沒涼呢?要弄清地球怎麼還沒涼,先要知道地球是怎麼熱起來的。

在太陽系的絕大多數物質凝聚成為太陽之後,剩餘的一些邊角料開始在太陽的引力作用之下圍繞太陽運行,早期太陽系的物質密度還是相對較高的,所以這些邊角料在運動的過程中就免不了磕磕碰碰,不打不相識,磕磕碰碰最終使它們粘合在了一起。在引力的作用之下,物質凝聚坍縮,最終形成了一個個的星體,大星體兼併小星體,才最終形成了現在的太陽系。

在星體凝聚坍縮的過程中,因引力勢能的轉化,星體的溫度逐漸升高,所以最初誕生的星體都是一個個小火球,地球就是其中之一。

地球這個小火球雖然溫度很高,可終因質量有限,而不能誘發氫核聚變,所以只能成為一顆行星。既然無法產生聚變反應,身處於如此寒冷的宇宙之中,自然就是要慢慢變涼的,而位於最外層的地殼自然是涼得最快的。

不過地球的冷卻過程似乎只到了地殼就終止了,40多億年過去了,地球依舊保持著一顆火熱的心,這是為什麼呢?地球內部之所以過了40多億年還沒有變涼,原因就在四個字之上,即「開源節流」。先來說說節流吧,所謂節流就是指地球的保溫作用。

地球的第一道保溫層就是地球的大氣層。

地球在向外散熱的同時,也在吸收著太陽的熱量,而太陽的熱是一種短波輻射,而地球向外散熱主要以紅外輻射為主,而地球大氣對於太陽的短波輻射吸收有限,這便於太陽熱量可以直達地表,反而大氣對於紅外輻射有較強的吸收能力,地球散發的熱量被大氣吸收之後,大部分又會再次被放回地表,所以地球大氣的保溫作用還是非常明顯的。

地球的第二道保溫層就是地殼本身。地球形成之後,密度大的物質向中心沉降,密度小的物質上浮於地表,這就形成了一個以矽鎂層及矽鋁層為主的地殼,而這種以礦物質為主的地殼就是地球天然的保溫外殼。當然,只是節流是不夠的,因為無論如何節流,溫度還是要逐漸喪失的,而地球內部至今仍能保持6000攝氏度左右的高溫,還與「開源」有關。

地球最初的熱度來自於坍縮過程中的勢能轉化,但這只是一部分,並不是全部,還有很重要的一部分來自於放射性元素的衰變。

人們最初確定地球年齡的時候,用的就是放射性元素衰變法。美國化學家博爾特伍德認為,放射性元素鈾會經過一系列衰變最終變為鉛,所以只需要知道整個衰變過程中的元素半衰期,再根據隕鐵中的鉛鈾比例和現在地球巖石中的鉛鈾比例,就可以計算出地球年齡了,根據該方法,最終測定的地球年齡約為45億歲。

地球內部存在著大量以鈾238為代表的放射性元素,這些放射性元素在衰變的過程中會釋放出巨大的能量,這些能量就成為了地球熱量的源泉。一方面地球擁有很好的保溫效果,另一方面又有持續的熱量供應,所以即便過了40多億年,仍然保有一顆熾熱的心。

地球雖然有熱量供應,但並不是源源不斷的,因為地球內部的放射性元素是有限的,終有一日它們會全部衰變完,到時地球可就真涼了。

以鈾238為例,它的半衰期為44億年,所以地球上的鈾238已經消耗過半了,根據粗略的計算,地球內部來自於放射性元素的供熱大概還可以持續20億年左右,而在此之後,地球就真的要變涼了。更可悲的是,地球如果涼了,我們也就涼了。

地球之所以能夠孕育生命,磁場是一個基礎條件,雖然地球磁場是如何產生的,至今還有很多疑問,但有一點是肯定的,那就是地球磁場和內部的熔融物質流動有關,而地球內部一旦冷卻,熔融物質則會全部固化,磁場自然也就消失了,沒有了磁場,地球生命也就失去了保護罩。

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