為什麼地核會這麼熱?
地核位於地球的最內部,具有極高的溫度,並且是自從地球誕生以來就一直如此。而且,這一熾熱的內核正是我們能夠在這個星球上生存的原因!聽起來似乎有些奇怪,但的確如此——地核對於我們的生存至關重要。在深入到地球的最深處之前,讓我們試著多了解一點地球各個層次的結構。
分層的地球
儘管人類的科技發展已經可以拍下黑洞的圖像,但要揭開我們自己星球的神秘面紗卻並非易事。不過,通過對火山爆發帶來的岩石進行分析,以及對地震波(地震、火山爆發或其他擾動在地球內部產生的波)的研究,科學家對地球的內部結構已經有了相當程度的了解。
地球並不是一個均勻的固體,而是分成了許多層。地球是在大約46億年前太陽系誕生時形成的。最初,它只是一個氣體星球,但隨著氣體相互作用,不同密度的物質開始分離,地球逐漸變成了今天的樣子——一顆內部類似洋蔥的巨大岩石行星。
地球的最外層是地殼。這是我們生活的地方,我們在此建造房屋、種植樹木,進行各種各樣的生產活動。與其他層相比,地殼非常薄。海洋地殼的平均厚度約8千米,主要由玄武岩和陸殼組成;大陸地殼的平均厚度約32千米,主要由花崗岩組成。
地殼的下一層叫做地幔。這一層的厚度約為2900千米。上地幔堅硬而易碎,下地幔則像半熔融的岩石一樣流動。地幔的上層與地殼結合在一起,稱為岩石圈,而半熔融層則稱為軟流圈,岩石圈就在軟流圈上方滑動。
地幔再往下就是地核,地核分為兩個部分——外核和內核。外核主要由鐵和鎳組成,完全呈液態。它的溫度非常高,外側約4400攝氏度,向內不斷增加,在接近內核處達到約6100攝氏度。外核大約有2300千米厚。
穿過外核,我們就到達了地球最熱的部分——內核。內核的溫度高得難以想像,從5000到7200攝氏度不等。最令人驚訝的是,即使在如此高的溫度下,內核仍然完全是固體的,厚度大約有1200千米。
地球各個構造層的剖面圖
為什麼地核會這麼熱?
對於生活在地殼上的人類來說,很難想像地核的溫度會比太陽表面的溫度還要高。真正的問題也隨之而來,46億年前的地球是如何產生如此多熱量的?據研究,造成地核如此灼熱的原因主要有兩個。
首先,這源於地球形成時的吸積過程。當太陽系形成時,地球也開始繞著太陽運行。在強大的引力作用下,一些隕石和其他物體聚集在一起,形成了巨大的行星。每當這種吸積過程發生時,就會產生巨大的熱量。
行星形成過程結束後,物質開始根據密度分成不同的層。密度最大的物質沉澱在地核中,這一沉澱過程也會產生大量熱量。時至今日,地球的這些原始熱量仍然存在於地核中,因為地球在形成的時候無法將其迅速驅散,而現在這些熱量已經穩定下來。熱量只能通過地殼消散,但由於板塊構造如同毯子一樣,而地幔又不是一個特別好的熱輸送器,因此這些熱量就會在地核停留很長一段時間。
地核高溫的第二個主要原因是放射性元素(比如鈾)的衰變。放射性衰變導致了子同位素的形成,而這是一個放熱過程。從放射性衰變得到的熱量與原始熱量之間存在微小的區別。有研究認為,原始熱量主要集中在地核,而放射性衰變釋放的熱量在地球的其他層都有分佈。
那麼,地核真的對我們有如此重要嗎?
地核的重要性
我們還無法直接觀測地核,但通過分析來自其他行星核心的鐵隕石,以及對地球物理化學性質的研究,可以推測地核也是由鐵和鎳組成。雖然地核的溫度堪比太陽,但對於維持地球上的生命至關重要。外核是液態的,因此一直在流動。這種運動所產生的對流便是地球磁場形成的原因。這個磁場反過來又保護了地球生命免受太陽耀斑的影響,維持了適宜居住的大氣層。另一方面,內核有助於磁場的穩定。
外核的對流,以及外核產生的熱量會使其上方的構造發生運動,特別是地幔。這種運動有助於板塊移動,從而導致大陸移動和新的陸地地塊產生。
結論
地核不僅對人類,而且對包括動植物在內的所有生物的生存都至關重要。如果地核溫度降低,影響其固體或液體的狀態,那么生命可能就將無法生存或茁壯成長。這就是地核所起到的重要的平衡作用。(任天)