我們站立在堅硬的地球表面,很難想象在地球的最深處,是一顆跟太陽表面一樣火熱的地心。
(地球內(nèi)部結(jié)構(gòu))
科學(xué)家通過地震儀測量發(fā)現(xiàn),在地球的最中央,是一顆直徑約2440公里的鐵鎳合金球,它的溫度高達5430攝氏度,與太陽表面的溫度相當。
這顆大鐵球中不只有鐵和鎳,它還有許多其它的元素,包括一些金、銀、鉑等貴重金屬和硅、氧、硫等一些比較輕的元素。
在地心的外層,是厚度達到2400公里的流動鐵水,它的溫度在2,730-4,230°C之間,其中主要也是鐵和鎳元素,也可能存在一些硫和氧。這一層流動的鋼鐵海洋非常重要,正是因為它的流動、地心與地殼轉(zhuǎn)動的角速度差,才形成地球強大的磁場,保護了地球上億萬生命不受宇宙輻射的傷害。
從外地核炙熱的鋼鐵海洋再往上,就是2900公里厚的地幔,地幔深處的溫度大約有4000°C,而在靠近地表的有些地方也有大約200°C左右。雖然我們看到火山噴發(fā)出來的巖漿是熔融的漿糊狀流體,但地質(zhì)學(xué)家們認為炙熱的地幔卻幾乎是硅酸鹽固體,這是因為它的上方巖石巨大壓力可以防止構(gòu)成地幔的巖石融化。
地??雌饋韴怨蹋诘匦臒崃Φ耐苿酉?,地幔的硅酸鹽固體還是會進行緩慢的蠕動,熱的部分被推到上方,冷卻的部分慢慢地回到下方再次被加熱,這就是地幔對流。
(地幔對流)
地幔對流推動上方的地殼發(fā)生位置改變,造成高山、峽谷、海溝、火山和地震。地幔對流也同時使地心的溫度逐年下降,不過由于地殼的保溫作用良好,地心的溫度下降的很慢。地質(zhì)學(xué)家們預(yù)測,大約還需要再過45億年,地球核心的溫度才會冷卻下來,那時候地球就會失去磁場,變成一顆死亡行星。
科學(xué)家們認為,地球內(nèi)部的熱量主要來自兩個方面:一是地球內(nèi)部放射性元素衰變產(chǎn)生了大約80%的熱,二是地球在45億年前形成的初期,通過對原行星盤物質(zhì)的吸積作用積累了大約20%的熱能。
(地球形成于太陽系的塵埃之中)
在地球形成的早期,它的內(nèi)部堆積了大量的放射性元素,包括幾百萬年半衰期的放射性同位素(例如鋁-26和鐵-60),和長壽命放射性同位素(如鉀-40,釷-232,鈾-235和鈾-238等),放射性元素在衰變的過程中會持續(xù)產(chǎn)生大量能量,這些能量轉(zhuǎn)化為熱能在地球內(nèi)部蓄積。由于地球比火星等小的巖石行星積累了更多的放射性金屬元素,導(dǎo)致地球內(nèi)部的產(chǎn)生的熱量更持久。
(地球內(nèi)部)
相較之下,水星和火星沒有持續(xù)的內(nèi)部加熱可見表面效應(yīng),它們在地質(zhì)上已經(jīng)“死了”。
同樣的,在地球形成早期,由于大量宇宙塵埃在軌道上相互碰撞慢慢變成大石塊,大石塊再因萬有引力漸漸聚集在一起,當它們越聚越多越來越大時,其內(nèi)部巨大的壓力和摩擦就會產(chǎn)生熱能,因為地球吸引了足夠多的巖石和塵埃,它變得很大,因為內(nèi)部產(chǎn)生的熱能也很多,加上數(shù)億年放射性元素衰變產(chǎn)生的熱能,使得早期的地球成為一顆到處翻滾著沸騰巖漿的巨大行星。
(原始地球)
今天的地球雖然經(jīng)過幾十億年的熱量散失,它的地殼已經(jīng)冷卻,地幔漸漸變成了固體,這反過來也減緩了內(nèi)部的對流,從而避免地心的快速降溫。
地球深處強大的熱能是一種清潔的能源,通過向地殼深處打井再注入水,可以將水加熱,再利用加熱的水蒸汽推動汽輪機發(fā)電。目前世界上已經(jīng)有國家利用干熱巖發(fā)電,它比現(xiàn)有的許多發(fā)電技術(shù)都更加節(jié)能和環(huán)保。