科学家在不断推动人类科技进化的同时,经常还会给地球或者太阳算上一“卦”。或许下个纪元地球就要没了,要不就过个几十亿年太阳把太阳系给毁了。最近科学家通过计算研究发现,地球可能要“凉了”。
为了增加可信度,科学家们还做了各种各样的实验和研究,最终的证据表明地球内部的冷却速度要远超预期,地球难道真的要“凉”了?
或许我们已经听惯了关于地球毁灭的陈词滥调,不过这次科学家的探索似乎能够给出不一样的回答,而且看起来是个不错的灾难片点子。
(相关资料图)
超乎预期的冷却该发现来自苏黎世联邦理工学院的科学团队,他们表示布里奇曼岩的热导率要比预期的高出1.5倍。正是因为岩石导热带来的热传递,才让地球内部的热量迅速丢失。
一直以来,科学家们都认为地球从诞生之初就在不停地释放大量热量,这种热量不断地在驱动地幔对流和一些地质构造活动。对于地球来讲,该传输过程中的热熔核,与固态地幔矿物直接接触的核幔边界将地核热能传递到地幔。
这种传热机制后来被认定是最下地幔的矿物布里奇曼岩主导的,不过布里奇曼岩的辐射热导率一直受到很差的限制,但是科学家认为这种传热不会对地球造成太大影响。而苏黎世的团队在相关的课题研究中却找到了不一样的回答。
布里奇曼岩大概长这样
该团队将研究对象放在了地幔边界(CMB)中,其中最具代表的矿物正是布里奇曼岩、方镁石以及橄榄岩。如果地球热传导是通过它们来进行导热,那么研究它们的矿物相则能够揭示地球热化学演化。
地慢边界作用过程
整个实验过程不算特别复杂,但需要对数据进行详细统计,并且保证实验样本能够正确反应矿物相。科学家使用了单晶含铁的布里奇曼岩,并采用热梯度法进行统计计算。
为了模拟地核的环境,科学家还用上了双面激光加热装置和压力装置,这样可以保证它们能在高温高压的环境下形成正确的反馈。
实验测试的装置
相关研究结果显示,单晶布里奇曼岩样本在80吉帕下进行激光加热循环到1926℃左右时,热辐射背景数据显示了详细的变化。单晶布里奇曼岩随着温度和压力的增加,热传导效率有着明显的提升。
另一个实验则主要集中在下地幔岩石的辐射热导率研究,通过先前的实验研究证实,布里奇曼岩的光学吸收光度会随着铁含量的增加而增加。
单晶布里奇曼岩样本的数据分析
最后科学家们将所有数据进行整合并计算出了CMB的热传导率,根据科学家此前的研究这个数据为每米每开尔文15.2瓦特。但是苏黎世的研究团队在重新考量了相关数据,以及引入了不同的分析后,这个数据被提高了1.5倍。
换句话说,CMB处会保持着更高的热传导,因为随着地核温度的增加,晶格导热率也会上涨,由于这种机制的补偿将会弥补辐射导热率带来的损失。所以,地球实际上正处于一个快速冷却的阶段。
不同压力和温度下的变化
另外,科学家们还表示,由于地球内部变化比实际情况更复杂,相关的内容可能会在某些方面有所变化,但可以肯定的是这种冷却效果是存在的,并且在提升。除非有一天人类能够进入到地核深处,类似的数据只是一个大概。
或许嘚进入地球内部……
冷却带来的影响对于科学家来讲,地球的这种冷却行为在未来带来的变化并不是最吸引人的。在他们看来,了解地核内部的冷却数据将会重新帮助人们认识核心冷却将如何影响地幔行为。
对于行星而言,无论是气态还是固态行星都会有一个核心,这部分是一个非常热,并且密度十分高的中心区域。以地球为例,地核位于地球地表下方2900公里处,其半径为3485公里。
从太阳系诞生之初,地球的内核开始逐渐形成,这一时期它还是一团致密炎热的岩石球。初期的热量来自行星自身元素带来的反射性衰变和剩余热量,这部分可能有陨石撞击、行星吸积作用。
大约在40亿年前,原始地球出现。由于行星不断变得完整,其内部温度也保持了下来,金属铁被融化,这一时期地球内核的1538℃。
原始地球的艺术概念图
最终经过数亿年的发展,地核的温度达到了4400℃~6000℃。由此也衍生出地幔与外核。需要注意的是,地球的磁场并不是直接来自地核核心,尽管内核的温度几乎与太阳表面相似,但在这个温度下,有铁组成的内核不会被磁化。
不过液态外核会产生电流,这种电流主要通过地球的自转产生。高速自转的情况下,自由电子、液态外核和高速旋转的结合则是磁场强度的关键。这种效应也被科学家称为“发电机效应”,因为从表面来看它很像发电机的工作原理。
地球的发电机效应
不过随着地球内核的逐渐冷却,布里奇曼岩最终会完全冷却,完全冷却的岩石将会转化为后钙钛矿物。由于这种矿物的导热效率更高,随着后钙钛矿物逐渐覆盖整个地幔边界,地球的冷却速度将会进一步加快。
值得注意的是,科学家表示,即使地球冷却得更快一些也不会对当前的气候危机产生影响。因为从时间尺度上来看,行星冷却通常需要数十亿年的时间才能完成。
最终的遭遇地球冷却或许并不会在未来毁灭人类,根据过去的统计计算,地球会在未来遭遇各种意外事件,这些事件都可能会彻底毁灭地球。例如小行星撞击、太阳红巨星事件等等。
不过我们可以想象如果地球核心真的到了完全冷却或者变得更冷的时候会发生些什么。核心完全冷却后的地球会让地热能源大幅度减少,因此依赖地热电能的公司在这时会急剧缩减电力供应。
冷却的走向也意味着核心运动的丢失,由于地球内部不再进行活动,因此环绕在地球周围的磁场也会开始消失。失去了磁场保护的地球会直接遭受宇宙辐射的侵害,太阳风将会对地球造成严重影响,最糟糕的结果便是地球成为火星那般。
好消息是不会再有地震了,由于地核不再运动,相关的地质活动也不会出现,就连火山喷发也没了。整个陆地将会永久保留当前的状态,除了海平面的变化,陆地不会有大的变动。
不过回过头来想想,核心都冷掉了,地震是否存在还有什么意义呢。如果地球运气够好,在未来没有遭受大型陨石的撞击,人类也在冰期变化中存活下来,说不定那时的人类正准备计划殖民外星球。
说到最后,科学家目前仍不太确定这类事件发生的具体时间。相关的研究只是从侧面说明了地球在未来会面临冷却,但是影响地球活动的因素还有很多,要想完全了解整个运作过程,科学家们还需要进一步做出努力。