地球擁有長達46億年曆史,這麼長時間爲何地核岩漿還沒有冷卻?
在太空的廣袤虛空中,行星們懸浮着,它們散熱的手段非常有限。散熱主要通過熱輻射的形式進行,因爲對流和蒸發等機制無法迅速將熱量散發,所以行星地表的熱量最終以長波紅外輻射的形式散入宇宙深空。然而,這些輻射中的一部分被大氣層所吸收,尤其是那些雲層和溫室氣體,能夠有效散入太空的輻射量相對較少。
以地球爲例,其現在的溫度之所以能保持相對穩定,正是因爲這種輻射與地球從太陽吸收的熱量以及內部的地熱達到了一種微妙的平衡——否則,地球的溫度不是持續攀升就是不斷下降。儘管如此,對地殼之下翻滾的岩漿來說,這種散熱效率極其低下。即便所有的地熱能夠完全釋放,其散發的能量也不過是每平方米91.6毫瓦。
而且,這還沒把太陽每天輸送給地球的巨大熱量計算在內(想想盛夏的炙熱),雖然太陽的能量對於地球內部溫度的維持並無太大貢獻。
行星的散熱速度與其體積大小密切相關。行星越大,散熱越慢,這是因爲隨着體積的增加,其表面積與體積的比值減小(想想一個正方形的面積與其邊長的比值關係)。這就好比大型動物相比小型動物更能耐寒的道理。
以火星爲例,與地球相比,它的體積只有地球的15.1%,質量爲地球的10.7%,數十億年的歲月已讓其內部熱量耗盡,變得寂靜無聲,地底已無岩漿活動跡象。而地球與金星在質量和體積上相差無幾,故內部的岩漿活動依然活躍。
此外,地球內部的岩漿主要由硅鐵質構成,地核部分更是以鐵鎳爲主。這類物質密度大,流動性遠不如那些氣態行星內部冷凝的低密度元素,所以對流並不十分強烈,幾十億年來對地核的散熱效率相對較低。因此,地球和金星一樣,內心都保有一個熾熱的地核。
地球內部的對流與地表的地理環境相互影響,對流活動似乎被嚴格限制在某些特定的區域,並且主要在更深的地下活躍。地幔並不是我們想象中的一片岩漿海洋。
通過對地球內部對流的3D模擬,我們可以看到,對流主要集中在某些特定的柱狀結構上,而大部分液態岩漿的對流則被束縛在更深的地下。
地球內部的熱量也不全是靠初生時代的殘留,放射性元素衰變也會釋放熱量。在地球的地幔和地殼中,有四种放射性同位素——鈾-238、鈾-235、釷-232和鉀-40,它們因爲相對丰度較高,成爲主要的熱量來源。據估算,單是鉀-40就貢獻了約40太瓦的地熱功率。甚至在地球表面,我們也能發現那些自然發生的核裂變反應堆。
綜上所述,這些因素共同影響着地球的散熱過程,使得地球至今依然保持着活力,若非如此,地球也可能像火星一樣變得寂靜冷漠。