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地球內部能量消散,正在快速失能,科研人員:地球或將提前「關機」

天空之城 2022/09/12

瑞士蘇黎世聯邦理工學院的科研人員最近發現,地球內部能量的消散速度可能要比人們以前認為的快。

與地球的演化相伴隨的是地球的持續冷卻。45億年前的地球是一個熾熱的球體,地球表面被熔岩海洋覆蓋。幾十億年過去後,地球的表面已經冷卻,形成了薄脆的地殼。

雖然地球內部依然擁有巨大的熱量,地球仍然是一個活躍的星球,地幔對流,板塊和火山運動都在繼續;但是地球逐漸冷卻的趨勢沒有變,只是這種冷卻的速度究竟有多快,由熱驅動的地質運動還能持續多久還都是謎。

這些問題的答案與地核和地幔交界處的礦物熱傳導性有關。地核和地幔的交界處,是粘稠的地幔物質和熾熱的液態鐵鎳外地核物質直接接觸的地方。在這裡,兩個地層物質的熱量梯度極大,因此科學家認為,在那裡,熱量可能正在大量流失。

地核和地幔的邊界主要由一種名為布氏岩(bridgmanite)的礦物質組成。但是究竟有多少熱量通過這種礦物質傳遞到了地幔卻很難估算,因為要做這樣的實驗非常困難。

幸運的是,來自蘇黎世聯邦理工學院的教授Motohiko Murakami和來自卡內基研究所的研究員研製了一種精巧的測量系統,有了這種系統,科學家就能在實驗室裡,在與地球內部相同的壓力和溫度條件下,測量布氏岩的熱傳導性。

測量結果顯示,布氏岩的熱傳導能力比理論假設值高出了大約1.5倍。這表明,從地心向地幔輸出的熱量要比人們之前設想的多。地幔獲得的熱量越多,地幔的對流活動就越強烈。而對流越強烈,地球內部的熱量流失速度就越快。由于板塊活動受地幔對流驅動,板塊活動的停止也會提前發生。

地幔的快速冷卻,會改變地核地幔交界處礦物的穩定相態。隨著冷卻的發生,布氏岩會轉化成後鈣鈦礦(post-perovskite)。而當後鈣鈦礦在地核地幔邊界處出現,並逐漸佔據主導地位,地幔的冷卻速度會變得更快,因為後鈣鈦礦的熱傳導能力比布氏岩更強。

研究結果表明,地球和其他岩石行星,比如水星和火星一樣,會以比預期更快的速度冷卻,以更快的速度變得不活躍。

地球的冷卻或將導致地幔的對流活動不再進行。但是由于目前科學家對地幔對流的機制,以及地球內部放射性元素衰變產生的熱量對地幔的動力學影響不甚了解,這種情形究竟會在多久之後發生尚不得而知。

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