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地球磁場來自地核

圖文 更新时间:2024-07-27 22:35:50

很難想象我們地球的核心有一個和太陽表面溫度相當的“小太陽”,溫度大約是6000K,自地球形成以來至今已經45億年的曆史了,它依然沒有完全冷卻;

地球磁場來自地核(地核為什麼和太陽一樣熱)1

地球上的闆塊漂移、地震、火山活動、地熱、磁場都是高溫液态核心存在的證據,說明了地球現在還很活躍,正值壯年,而一顆已經“死亡”的星球,也就是核心完全冷卻的星球,并沒有以上的現象。

例如月球、水星、火星,它們已經停止了所有的地質運動,也已經沒有一個活躍的火山,當然它們也都沒有了磁場。

那麼為什麼地球的内核還沒有冷卻呢?它的能量來自于哪裡?

地球磁場來自地核(地核為什麼和太陽一樣熱)2

原始能量的來源

45億年前的太陽系還是一個原始的行星盤,裡面沒有任何的天體,但其中包含着豐富的元素,涵蓋整個元素周期表,當然這些元素已經在氣體雲中形成了各種化學分子,這些都是上一代恒星死亡後留些的物質。

在引力的作用下,那些密度更高的地方就會聚集越來越多的物質形成“星子”,可以理解為天體的胚胎,很顯然太陽是吸引物質最多、最快的天體,它的質量占到了整個太陽系質量的99.8%。

地球磁場來自地核(地核為什麼和太陽一樣熱)3

當太陽在足夠的溫度和壓力下點燃核聚變以後,輻射壓力也就是太陽風會将大量的輕元素吹離自己,在内太陽系則會保留下更多的重元素,外太陽則會留下大量的氫和氦。

所以在内太陽就形成了一些岩石天體,這些天體的外層隻有少量的大氣,例如金星、地球和火星,水星由于質量太小,且離太陽太近,它的引力留不住輕飄飄的大氣。

而在行星形成的時候,大量的物質團塊會以非常高的速度向一塊聚集、碰撞,這個過程就會釋放出大量的引力勢能,并且轉化為熱量。

地球磁場來自地核(地核為什麼和太陽一樣熱)4

因此地球剛形成的時候,完全就是一顆熔岩的世界,那時不僅地核是熔融的液态,就連地表都是布滿高溫岩漿。

這就是地核最初熱量的來源,來自于引力勢能的釋放。

當一些塵埃落定以後,經過數億年的時間,太陽系就不再是那個最開始塵土飛揚的混亂模樣,而是形成了一個各大天體繞自己軌道穩定運行的行星系統。

地球磁場來自地核(地核為什麼和太陽一樣熱)5

地球就開始進入了冷卻的階段,冷卻當然是由外到内地進行,而且非常緩慢,因為隻能通過熱輻射的方式向太空輻射熱量。

直到今天,地球的核心依舊保留着非常高的溫度。

那未來地球會徹底冷卻嗎?

其實地球核心的能量除了最初形成時留下的以外,一直以來地球還有源源不斷的能量供應,就是核心深處的重元素衰變産生的熱量。

地球磁場來自地核(地核為什麼和太陽一樣熱)6

我們知道在引力的作用下,重元素會沉降氫元素會上升,所以在地球的内部蘊含着大量的重元素,理論上隻要比鉛重的元素都會在有限的時間内發生衰變,直到變成鉛。

所以在45億年間,地球核心一直經曆着元素的衰變,這種緩慢的核反應一直給地球核心提供着能量。

但是這種能量的輸入非常小,遠沒有地球向外空輻射的熱量多,因此地球還是在持續的冷卻,未來地球也會像月球、火星一樣變成一顆死亡的星球的。

地球磁場來自地核(地核為什麼和太陽一樣熱)7

但是這個時間尺度非常長,可能需要幾百億年的時間,總之等到太陽死亡地球都不會徹底冷卻的,所以我們不需要擔心。

而且可以肯定的是,像是在地球深海當中,那些依靠地熱生活的生物,太陽死亡對它們來說無關緊要,雖說導緻地球已經被冰封,但它們依舊可以暢遊在地球寒冷、黑暗的深海底部。

我們沒有鑽透地球,如何知道地球的結構?如何知道地球有一個液态核心?

說實在的,人類雖然生活在地球上,但是對地球内部的了解非常少,因為我們無法下到地下去看,原因是地球直徑太大了,我們無法鑽穿地球。

地球磁場來自地核(地核為什麼和太陽一樣熱)8

人類最深的鑽孔一萬多米,相對于地球12742公裡的直徑來說,就像是擦破了地球的一層皮而已,我們根本看不到地底的真實世界。

我們能夠了解地球結構的辦法隻有通過地震波間接的探測。

地震波分為P波和S波,也就是縱波和橫波,縱波是壓縮波,震蕩的方向跟波傳播的方向一緻;橫波就像是在水面中擴散的漣漪一樣,震蕩的方向跟波傳播的方向垂直。

地球磁場來自地核(地核為什麼和太陽一樣熱)9

等地球一點發生地震的時候,這兩種波會從一個點向四周傳播,S波無法通過液态外核,會被徹底地吸收掉,而P波在液态外核中傳播的時候會發生折射,通過從地球各處測量地震波,我們就能夠知道地球中心有一個熔融的液态核心,也能知道他的大小。

除了有液态外核以外,地球内部還有一個固态内核,主要的成分跟外核一樣都是鐵,而且溫度也跟外核的溫度不相上下,甚至更高一些,它成為固态是因為内核壓力比外核大了很多,導緻鐵的相位發生改變,需要更高的溫度才能保持熔融的狀态。

所以地球核心是從内向外逐漸變為固态的,由于固态比液态密度大,體積就會更小,因此當更多的外核變為固态的時候,地球核心就會收縮,進而引發整個地球闆塊的沉降,引起地震。

地球磁場來自地核(地核為什麼和太陽一樣熱)10

由于水星已經徹底的冷卻,我們也能在水星上看見這樣的大裂痕,說白了,地球核心的冷卻是引發地震的根本原因。

地球磁場是怎麼來的?

地球磁場的來源需要兩個因素同時存在,熔融的地核以及星球的自轉,例如火星有自轉但沒有熔融的地核,所以它就沒有磁場;金星有熔融的地核,但是它的自轉太慢了,所以也沒有像地球這樣強的磁場。

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地球熔融的外核可以電離很多原子,在引力的作用下帶正電原子核和帶負電的電子就會分層,在地核形成帶電粒子層,而地球的自轉就會這些帶電粒子提供了運動,因此就産生電流,所以我們常說地球就是一台發電機。

有點電流那當然就有了磁場,畢竟電磁是相互共生的關系。

所以總結起來就是,地球的最初能能量來自于形成時期的引力勢能釋放,現在還沒有冷卻是因為地球直徑夠大,具有一定保存熱量的能力,而且宇宙中的熱量損失隻能通過熱輻射的方式進行;

因此這就大大降低了地球冷卻的速度,而磁場的産生不僅依賴于熔融的地核,當然它也會消耗地球自轉的動能。

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