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 地狱的景象:地球的核心有多热? 

 The sight of hell: how hot is the core of the earth?  

作者:不详     发布时间:2013-2-3

    地核是地球的核心。从下地幔的底部一直延伸到地球核心部位,距离约为3473千米。据科学观测分析,地核分为外地核、过渡层和内地核三个层次。外地核的厚度为1742千米,平均密度约10.5克/厘米,物质呈液态。过渡层的厚度只有515千米,物质处于由液态向固态过渡状态。内地核厚度1216千米,平均密度增至12.9克/厘米,主要成分是以铁、镍为主的重金属,所以又称铁镍核。地核的总质量为1.88e21吨,占整个地球质量的31.5%,体积占整个地球的16.2%。地核的体积比太阳系中的火星还要大。由于地核处于地球的最深部位,受到的压力比地壳和地幔部分要大得多。在外地核部分,压力已达到136万个大气压,到了核心部分便增加到360万个大气压了。这样大的压力,我们在地球表面是很难想象的。科学家作过一次试验,在每平方厘米承受1770吨压力的情况下,最坚硬的金刚石会变得像黄油那样柔软。地核内部不仅压力大,而且温度也很高,估计可高达2000-5000℃,物质的密度平均在10-16克/厘米之间。在这种高温、高压和高密度的情况下,我们平常所说的"固态"或"液态"概念,已经不适用了。因为地核内的物质既具有钢铁那样的"钢性",又具有像白蜡、沥青那样的"柔性"(可塑性)。这种物质不仅比钢铁还坚硬十几倍,而且还能慢慢变形而不会断裂。  地核内部这些特殊情况,即使在实验室里也很难模拟,所以人们对它了解得还很少。但有一点科学家是深信不疑的:地球内部是一个极不平静的世界,地球内部的各种物质始终处于不停息的运动之中。有的科学家认为,地球内部各层次的物质不仅有水平方向的局部流动,而且还有上下之间的对流运动,只不过这种对流的速度很小,每年仅移动1厘米左右。有的科学家还推测,地核内部的物质可能受到太阳和月亮的引力而发生有节奏的震动。

据科学探索节目(discovery)的说法,地球的核心是纯铁的,这就解释了地球拥有强大能抵御太阳风暴的磁场的原因。但是因为强大的压力,铁溶化成了滚烫的铁水,跟着地球的自转不停的旋转,翻滚。这样又解释了为什么会有“地磁反转”的现象产生。

所以,地球的中心是一片地狱的景象:滚烫发红的铁水不停的滚动,压力大的可以把一座房子压到一个火柴盒一样大……这样的地方要是还有“生命”的话,恐怕生命的定义又要重新辩论了。

地球深处的热量有3个主要来源:(1)地球形成时生成的热量;(2)地核物质下沉至地心时磨擦产生的热量;(3)放射性元素衰变产生的热量。地球热量的释放需要相当漫长的时间。这种释放通过液态外核和固态地幔中的热“对流”,以及边界层(如地球表面的板块)内速度较慢的热“传导”来实现。结果是地球原生热量的大部分被保留了下来。


总之,地球诞生之初产生了大量的能量,由于地球无法很快冷却下来,便造成了地球内部持续的高温。事实上,除地球板块像毯子一样起到保温作用外,固态地幔中的热对流也不能提供使热量得到有效释放的机制。不过,地球通过促使板块构造运动(尤其是在大洋中脊处)的过程也确实释放了一些能量。
科学家主要借助铁在超高压状态下的熔化特性来估计地球深处的温度。我们知道,地核是指位于地面以下2886公里至6371公里的部分,主要由铁构成。地核分成液态外核和固态内核两部分。如果我们能够估测铁在压力极高的内、外核交界处(离地面5156公里)的熔化温度,那么在实验室中得到的这一温度应该接近于这一界面上的实际温度。科学家在矿物物理学实验室中利用激光器和高压装置创造出了尽可能接近实际的高压和高温。


实验结果显示,铁在上述状态下的熔化温度为4500K至7500K。据此,我们还可以推算出地幔底部(即外核顶部)的温度,大约是3500K至5500K。