地球内部的冷却速度比我们想象的要快,它会把事情搞砸

地球内部的冷却速度比我们想象的要快,它会把事情搞砸

地球形成于大约 45 亿年前。从那以后,它的内部一直在慢慢冷却。

虽然地表和大气温度在亿万年中波动(是的,这些外部温度目前正在变暖),但熔融的内部——我们星球跳动的心脏——一直在冷却。

这不是一个油嘴滑舌的比喻。地球深处的旋转对流发电机产生了巨大的磁场,科学家认为这是一种无形的结构,可以保护我们的世界并让生命茁壮成长。此外,地幔对流、构造活动和火山活动被认为有助于通过稳定全球温度和碳循环来维持生命。

因为地球内部仍在冷却,并且会继续冷却,这意味着最终内部会凝固,地质活动将停止,地球可能会变成一块贫瘠的岩石,类似于火星或水星。新的研究表明,这可能比以前想象的更早发生。

关键可能是地球外部铁镍核与其上方熔融流体下地幔之间边界的一种矿物。这种边界矿物被称为布里奇曼岩,它传导热量的速度将影响热量从地核渗入地幔的速度。

确定该速率并不像在环境大气条件下测试 Bridgmanite 的电导率那么简单。热导率可以根据压力和温度而变化,这在我们星球的深处有很大的不同。

为了克服这一困难,由瑞士苏黎世联邦理工学院的行星科学家村上元彦领导的一组科学家用脉冲激光照射了单晶布里奇曼石,同时将其温度提高到 2,440 开尔文,将压力提高到 80 吉帕斯卡,接近我们所知道的下地幔的条件——高达 2,630 开尔文和 127 吉帕的压力。

“这个测量系统让我们证明了 Bridgmanite 的热导率比假设的高约 1.5 倍,”村上说。

反过来,这意味着从地核到地幔的热流比我们想象的要高——因此,地球内部冷却的速度比我们想象的要快。

这个过程可能正在加速。当它冷却时,布里奇曼岩会转变为另一种称为后钙钛矿的矿物,这种矿物的导热性更强,因此会增加从地核到地幔的热损失率。

“我们的结果可以让我们对地球动力学的演变有了新的认识,”村上隆说。“他们认为,地球与其他岩石行星水星和火星一样,正在冷却并变得比预期的要快得多。”

至于究竟快多少,那就不得而知了。整个星球的冷却并不是我们非常了解的事情。火星的冷却速度要快一些,因为它比地球小得多,但还有其他因素可能会影响行星内部冷却的速度。

例如,放射性元素的衰变会产生热量,足以维持火山活动。这些元素是地幔中主要的热源之一,但它们的贡献尚不清楚。

“我们对这类事件的了解还不够,无法确定它们的时间,”村上说。

然而,在人类规模上,它可能不会是一个快速的过程,无论它如何落下。事实上,地球很可能在此之前很久就会因其他机制而变得无法居住。所以我们可能有一点时间来解决这个问题。

该团队的研究已发表在《地球与行星科学快报》上。

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