地球已形成45.5亿年了,为什么地核温度还这么高?



地球已形成45.5亿年了,为什么地核温度还这么高?


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地球已形成45.5亿年了,为什么地核温度还这么高?


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【地球已形成45.5亿年了,为什么地核温度还这么高?】

地球已形成45.5亿年了,为什么地核温度还这么高?


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地球能够成为一颗生机勃勃的星球 , 有一个不可或缺的因素就是 , 地球具备了一个强大的行星磁场 , 在它的保护下 , 地球的大气层才不会被来自太阳的高速带电粒子流“吹”散 , 而地球之所以能够产生磁场 , 则是因为地球拥有一个巨大且炽热的核心 。

根据科学家的估算 , 地核的半径约为3470公里 , 主要由铁元素和镍元素构成 , 其质量占据了地球总质量的大约31.5% , 温度约为4000至6800摄氏度(从外到内逐渐递增) , 作为对比 , 太阳表面的温度也才5500摄氏度左右 。
地球已形成45.5亿年了 , 为什么地核温度到现在还这么高?要回答这个问题 , 我们需要从太阳系的形成开始讲起 , 太阳系形成于一片巨大的原始星云 , 在大约46亿年前 , 这片星云在引力的作用下不断坍缩 , 随着时间的流逝 , 星云中的绝大部分物质都聚集在了星云中心 , 并最终演化出了太阳 , 而剩余的物质则围绕着太阳形成了一个盘状结构 , 这被称为“原行星盘” 。

在接下来的时间里 , “原行星盘”中的物质不断地碰撞和吸积 , 逐渐演化成了太阳系中的各种天体 , 地球就是其中之一 。
地球的形成是一个从小到大的过程 , 其中经历了不计其数的碰撞 , 在每次碰撞发生的时候 , 都会产生一定的热量 , 在此基础上 , 再加上地球本身的凝聚收缩也会在其内部产生很多热量 , 这些热量叠加在一起就非常巨大 。

(注:物体碰撞会产生热量 , 其实就是动能转变成热能 , 一个简单的例子就是 , 假如我们用铁锤反复锤一枚铁钉 , 那么铁钉很快就会变热)
我们知道 , 热量的传递方式有传导、对流以及辐射 , 其中辐射的效率是最低的 , 而在宇宙空间中 , 热量只能以辐射的方式向外释放 , 因此在地球形成的过程中 , 其热能的“收入”远远地超过了“支出” , 所以原始地球的温度就越来越高 , 以至于整颗星球上的物质几乎都处于高温熔融状态 。

在地球形成之后 , 其运行轨道区域的物质也被清除得差不多了 , 于是地球就开始降温 , 不过地球的降温并不是均匀的 , 具体表现为距离地心越近的位置 , 热量散失得就越小 , 就这样 , 地球慢慢地形成了地壳、地幔、地核 , 其中地壳温度最低 , 地幔次之 , 地核温度最高 。
地核最初的热量 , 就是来自上述过程 , 在地壳和地幔的包裹之下 , 地核的热量散失得很慢 , 然而这仍然抵不过长达45.5亿年的时间 , 这就意味着 , 地核还有其他的热量来源 , 是什么呢?答案就是放射性元素 。
放射性元素的原子核是不稳定的 , 它们会自发地发生衰变 , 在衰变过程中 , 它们原子核内部会释放出各种粒子或射线(如α粒子、β射线、γ射线)等等 , 同时还会产生热量 。

虽然我们不能确定单个放射性元素的原子核何时会发生衰变 , 但是对于大量的原子核来讲 , 其半数发生衰变时所需要的时间却是确定 , 这个时间也被称为“半衰期” 。
正如前言所言 , 在地球刚形成的那一段时间里 , 构成地球的物质几乎都处于熔融状态 , 在这种情况下 , 轻的物质就会“上浮” , 重的物质则会“下沉” , 由于含有放射性元素的物质通常都比较重 , 因此它们更加容易沉积到地心深处 。
这些放射性物质中包括了大量的铀、钍等“半衰期”长达数亿年、甚至上百亿年的元素 , 正是因为这些物质持续地发生衰变并产生热量 , 地核的温度才可以到现在还这么高 。

尾声地球内部的放射性物质毕竟是有限的 , 可以预见的是 , 当它们衰变得差不多了 , 地核的温度就会开始下降 , 根据估算 , 大约在23亿年之后 , 地核就会因为无法获得足够的热量而开始降温 , 不过由于地壳和地幔的“保温作用” , 地核的温度将会下降得极为缓慢 , 要等到地核完全冷却 , 估计需要上百亿年的时间 。

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