地球為何有個液態核心?核心為何還沒有冷卻?

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熱心網友回答 (4)

  • 92961638858

    2019-08-10 11:27

    更準確的說,地球有一個固態內核和液體外核,然後才是下地幔,這裡就有兩個問題:我們沒打穿地球,我們是如何知道地核的構成的?還有再整個核心中為何內核先冷卻了,而外核還是液態?正好與我們的常識相反。今天我們就解決這兩個問題。

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    我們先來看看地球的地質分層是如何形成的?

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    看看上圖,我們的地球家園,你會發現超過70%的表面被水覆蓋。

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    我們現在都知道這是為什麼,因為地球水多唄!而且水的密度小,海洋就漂浮在岩石和泥土之上,構成了我們所知的地球表面構造。

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    其實這就是我們常說的浮力的概念:密度越小的物體上升到密度越大的物體之上,而密度越大的物體則下沉到水底,浮力概念不僅僅可以來解釋水所表現的上升和下降。

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    同樣的原理也可以解釋地球整個的地質分層!例如:為什麼氦氣球從大氣中升起,為什麼大氣在海洋之上,為什麼冰可以漂浮在海面,石頭可以沉入海底,而海洋又在陸地之上等等....!看下圖:圖片文子其實已經簡單的說了,我們是如何給地球分層的,後面我們還會講到!

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    下圖說明:地球上密度最小的部分是大氣,漂浮在海洋之上,海洋又漂浮在地殼之上,地殼位於密度更大的地幔之上,地幔本身無法下沉到地球密度最大的部分:地核,其實就是密度最大的物質在不停的沉降!

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    現在我們應該能想到地球最穩定的狀態是什麼?應該就像一個洋蔥那樣一層一層的,最密集的元素都在地球的中心,由內到外的每一層逐漸由密度較小的元素組成。事實上,地球上發生的每一次地震實際上都是地球向理想狀態再不停的邁進。

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    以上的說法不僅解釋了地球的結構,還可以解釋所有行星的結構。

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    那麼構成地球最初的元素是從哪裡來的

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    在宇宙非常年輕的時候,也就幾分鐘的時間吧!當時的宇宙幾乎只有氫和少量的氦。所有較重的元素都是在後來形成的恆星中產生的,只有當這些恆星死亡時,它所加工的重元素會被重新拋回到宇宙中,從而形成新一代的恆星。

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    但是這一次,所有新元素的混合物,不僅僅是氫和氦,還有碳、氮、氧、矽、鎂、硫、鐵等等,不僅形成了新的恆星,而且形成了圍繞恆星的原行星盤。

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    新形成的恆星會優先將較輕的元素推到太陽系的外部,而引力和物質分布的不均勻則會導致行星盤不穩定,局部在引力作用下坍縮並形成行星。

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    就以我們太陽係為例,太陽系最深處的四顆行星是太陽系中密度最大的四顆行星,其中水星由密度最大的元素組成。

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    但是外行星,由於質量更大,離太陽更遠,因此受到的輻射更少,它們能捕獲大量的輕元素,並形成氣態巨星。

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    這些星球中的每一個,都和地球一樣,總體上最密集的元素都集中在核心,較輕的元素在核心周圍逐漸形成密度越來越小的分層。

    鐵是超新星以外的恆星能聚變到最穩定、最重的元素,也是地核中最豐富的元素。(超新星爆發後會產生少量的重元素,其實是中子星碰撞,我有篇文章專門提到了重元素的產生,可以翻閱下)但令我們覺得奇怪的是,在固體內核和固體地幔之間,有一層2000多公里厚的液體層:地球的外核,而且這個巨大的液體層占地球質量的30% !

    這時你可能會想,內核都冷卻了,外核居然沒冷卻,冷卻不應該是從外向內嗎?而且我們又沒有打穿地球,怎麼會知道有液態內核的?下面就說這些問題:

    地震產生的地震波是如何告訴我們地球內部的構造的

    地震中產生的地震波有兩種:

    壓縮波,也就是我們所知的p波,它的工作原理就像脈衝穿過彈簧一樣

    二次橫波,被稱為S波,就像海面上的波浪一樣。

    世界各地的地震監測站都能有效的探測到P波和s波,上圖中可以看到s波不會穿過液體,而P波雖然穿過液體,但它們會發生折射!

    因此,我們可以知道地球有一個液態的外核,一個固態的外地幔,和一個固態的內核!這就是為什麼地球的核心有最重、密度最大的元素,而我們知道它的外核有一層液體。

    但是地球外核為什麼是液態的呢?

    和所有其他元素一樣,鐵是固體、液體、氣體還是「其他」形態取決於鐵的壓力和溫度。

    但是,鐵要比我們熟悉的許多元素複雜得多。鐵可以呈現出多種晶體固相,我們一直深入到地心,那裡的壓強是海平面的幾百萬倍。對於這樣的超壓,我們就需要知道鐵在超高壓下的相圖!這個科學家其實早就對鐵研究過了,這些都不是我們操心的事!

    這張圖顯示的壓力高達120GPa,重要的是要記住我們的大氣壓只有0.0001GPa,而我們的核心承受著330-360 Gpa的壓力!

    在360 Gpa的高壓下,鐵的熔化需要極高的溫度,相當於太陽表面的溫度。然而,相同的溫度,在較低的壓力下,鐵很容易保持液態,而在較高的壓力下,鐵會形成固體。這對地球的地核意味著什麼?

    這意味著,隨著時間的推移,地球冷卻,其內部溫度下降,而其壓力保持不變。換句話說,當地球最初形成的時候,很可能整個地核都是液態的,但隨著地核持續冷卻,所以地核就從內部開始變為固態!我們都知道固體比液體密度高,體積更小,地球內核的縮小會導致地球會輕微收縮!這又會造成什麼結果呢?

    沒錯,就是地震!

    所以地球核心的外核是液態的,因為地核溫度足夠高,在外核壓力低的地方就可以熔化鐵。

    如果我們展望未來,地球的地核完全冷卻為固態,會發生什麼?已經有前車之鑑了,我看可以看看水星!

    因為水星很小,所以水星核心冷卻的速度很快,並且由於核心的冷卻,水星表面產生了長達數百公里的大裂縫!

    那麼,現在在問:為什麼地球有一個液態內核呢?因為它還沒有完全冷卻!我們所感覺到的每一次地震,都是地球向著理想狀態,內核冷卻又邁進了一步。不過這個速度很慢很慢,慢到足以把太陽熬成紅巨星!

  • 24573845042

    2019-08-10 13:39

    地球的地核和地幔是由不同物質構成,承受的壓力也很大。所以他們還是液態固態。液態固態不同造成他們的轉動也不同步。地球才產生了磁場。正因為地球有磁場,所以抵抗住了太陽風,不把空氣水在地球上奪走人類才可以生存。娛樂中很多別的星球為什麼不能產生生命呢?他們缺少了地球的條件。比如金星,火星。沒有磁場,不能抵擋太陽風在星球表面的刮過。空氣和水都不能在。星球表面停留,只有地球才具有這個得天獨厚的條件。因此才孕育了人類。我們是多麼的幸運啊!

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  • 4208554968089580

    2019-08-10 14:58

    地球的地核沒有辦法直接觀察和測量,人類鑽探最深的礦井還沒超過13000米,那是用什麼辦法測量和判斷地幔、固體內心、流體裝外殼呢,目前的測量都是通過地震波和磁場的分析來判斷的。地震波速分析似乎表明,內芯是由鐵組成,含有少量鎳和其他元素。地球的外核是一個大約2400公里厚的流體層,也是由不純淨的鐵水合金組成的,它們位於地球的固體內核之上和地幔之下。內芯和外芯之間的過渡位於地表以下約5150公里處。與內部固體核心不同,外部核心是液體。外核的流體運動會與潮汐力發生共振,這樣的活動持續了幾十億年,更強的流體運動產生的額外熱量更可能阻止了內核的生長。

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    我們怎麼知道溫度?答案是我們確實沒有。地球的中心位於我們腳下6400公里的地方,地核的可接近性要差得多,更難以直接探測。我們不僅沒有接近核心的技術,而且根本不清楚如何才能做到這一點。因此,科學家們只能通過間接地辦法推斷出地球內部的溫度。通過觀測地震波通過地球的速度,如果能夠在高溫和高壓下將這些性質與已知物質的性質相匹配,則可以(原則上)推斷出地球深處的環境條件。

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    事實上,地球中心的條件是如此極端,以至於很難進行任何一種實驗室實驗來精確的模擬地球核心的條件。目前對地球核心溫度的估計範圍從大約7000到12000度。如果我們非常精確地知道鐵在高壓下的熔化溫度,我們就能更精確地確定地核的溫度,因為它主要是由鐵水組成的。

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    地球深處有三種主要的熱量來源:1.行星形成積累時產生的熱量,目前還沒有消失2.由於密度更大的核心物質下沉到行星中心而引起的摩擦加熱3.放射性元素衰變產生的熱量。熱量離開地球需要相當長的時間。這是通過地球液體外核和固體地幔內的「對流」熱傳輸和通過非矢量邊界層(如表面的地球板塊)緩慢的「傳導」熱傳輸實現的。因此,地球最初積累和發展其核心時的大部分原始熱量都被保留了下來。

    早期地球並不缺乏熱量,而且地球也無法快速冷卻,導致地球內部持續高溫。實際上,地球板塊不僅在內部起到覆蓋層的作用,甚至固體地幔中的對流熱傳輸也不會散失掉多少熱量。地球內核的冷卻是非常緩慢的過程。

  • 111549984665

    2019-08-10 09:37

    各體團結,分化,瓦解,自己努力定清。