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地球核心是什么接近6000度高温的铁

来源:生活汇 时间:2019/10/12

地球核心温度6000摄氏度 接近太阳表温

欧洲科学界利用zuì新技术,测出接近地球核心的温度是6000摄氏度,接近太阳表面温度。这个温度比20年前测得的温度高出1000度。

科学家解释说,出现如此大的温差,并非因为地球的铁核变热,而是因为1993年的测量方法不够准确。

研究人员分析了地球铁核层,发现那里的极端温度和压力形成了坚硬的中心,而此核心周围的温度则较低,约为4000度,并且呈液体状态。

欧洲同步辐shè设施的梅佐雅说:“我们研发了一种新技术,利用同步加速器的强烈X光来探测样本,并通过一种名为‘衍shè’(diffraction)的过程来推断,这样本是固体、液体或局部熔化。这一过程可短至一秒钟。”

法国研究tuán队在谈到其新发现时说:“这些测量结果证实,地球核心与地表之间的温度至少相差1500度,这也说明了为什么地球有一个磁场。”

人类从未抵达的地球核心什么样? 80%是铁

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地球的内部圈层结构示意图

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地球的内部圈层结构示意图

北京时间8月17日消息,据英国广播公司(BBC)网站报道,人类已经遍布整个地球——我们占据了陆地,我们能够在空中fēi háng,或者潜入zuì深的洋底,我们甚至还登上了月球。然而有一个地方我们却从未能抵达,那就是地球的核心。

我们甚至还远远谈不上哪怕是接近地球核心的程度。地球的中心点位于我们脚下6000公里深处,甚至是地球核区的外侧边界也在我们脚下3000公里左右的深处。而相比之下,人类迄今钻探的zuì深记录是12.3公里,地点是在俄罗斯的科拉钻井。

让我们感到熟悉的关于地球的一切也全部都发生在接近地球表面的区域。从火山口喷发的岩浆的源区大约位于地下数百公里深处。甚至是形成于地下极端高温和高压环境下的钻石,其形成的深度也仅有大约500公里左右。

这样看来,对于超越这一深度下的地球内部情况,我们应该是一无所知的。然而事实却是:我们对于地球内部深处情况的了解是相当丰富的。我们甚至大致了解地球内 部在过去数十亿年历史期间的演化过程——所有这一切都是在没有任何一点实际样品的情况下做到的。这一点可能会让很多人觉得不可思议,那么以下就来介绍科学家们是如何做到这一点的:

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地球表面物质的密度低于地球平均密度,整个地球外部圈层的质量相比整个地球都只占据很小的一部分

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铁是宇宙中极为常见的物质,它们构成了地核成分的主体

密度估算

英国剑桥大学的西蒙·雷德费恩(Simon Redfern)指出,开始这一切的一种好方法就是试着想一想地球的质量有多大。我们可以通过地球对其地表物体施加的引力作用大小来计算出地球的实际质量。计算的结果显示地球的质量约为5.9乘以10的21次方吨,也就是说59后面还有20个0。如果光从地球表面的物质密度看,地球质量无论如何不应该会这么大。#p#分页标题#e#

雷德费恩表示:“地球表面物质的密度远低于地球物质平均密度,这就告诉我们在地球内部存在着密度更高的物质。这是第一点。简单来说,这也就意味着地球质量的绝大部分必定是存在于靠近地球核心的区域。接下来,我们就要问一个问题:究竟是什么物质组成了地球的内核?”

答案应当是显而易见的:地核的主体成分应该是铁。根据目前的计算结果,科学家们一般认为地核的成分中大约有80%是铁,但更加jīng确的结果则存在一些争议。支持这一结论的一项重要证据是:铁大量存在于我们周围的宇宙中,事实上铁是银河系中丰度排名前十位的元素之一,同时铁也是陨石中非常普遍的成分。

考虑到铁的这种普遍性,我们会非常容易地注意到在地球表面,相对而言铁是比较少见的,低于我们的预期。据此科学家们提出一个设想,那就是大约在45亿年前地球形成之时,大量地球上的铁都逐渐向下,沉降到地核里去了。

那里是地球大部分质量所在的地方,那里也必然是大部分的铁所聚集的地方。在正常条件下,铁是一种密度相对较大的元素,而在地核的巨大压力条件下,铁甚至还会在高压下遭受挤压并形成密度更高的形态,因此如果将地核的因素考虑在内,便可以解释地球表面全部的铁元素缺失之谜。

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美国境内的圣安德烈斯断层仍然非常活跃,随时可能引发地震

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美国境内的圣安德烈斯断层仍然非常活跃,随时可能引发地震

铁的沉降

但这里似乎还有一个问题。那些沉降到地核里的铁是如何实现这种沉降的?

毫无疑问,铁元素受到了重力影响,从而向着地球内部中心沉降。但一开始人们还难以描述这一过程是如何具体实现的。

地球的其他部分的主体成分是被称作“硅酸盐”的岩石物质,而呈现熔融状态的铁必须想办法穿过这些硅酸盐,从而抵达地核。总体来看,这就有点像是放在油腻表面上的水,铁同样形成了较小的“液滴”——它们相互聚集,形成局部性的小型富集区,而不是向周围扩散和流动。

2013年,美国斯坦福大学的毛礼文(Wendy Mao)和她的同事们找到了一个可能的答案。她们想要弄清,当铁与硅酸盐一同bàolù于极端压力环境时将会发生什么——而这正是地球深部的环境条件。

通过使用金刚石设备挤压的方式产生极端压力条件,她们可以发现可以让熔融状态的铁穿过硅酸盐物质。毛礼文表示:“压力实际上改变了铁与硅酸盐之间相互作用的性质。在极端高压下,一种‘熔融网络’形成了。”这一发现暗示铁元素很有可能是在数以百万年计的漫长时间里缓慢地通过这种挤压方式逐渐穿过地球上厚厚的岩层并zuì终抵达地核区域的。

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日本神户大地震时地震台记录到的地震波

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地震波可以大致分为体波和面波。其中体波进一步分为纵波(图中红sè)和横波(图中黄sè),图中淡紫sè表示的是面波

地震学研究

现在,你可能会开始好奇我们究竟是如何得知地核的大小的。科学家们根据什么判断地核是从我们脚底下大约3000公里开始的?对此,答案只需要一个词:地震学。

当地震发生时,地震波会穿过地球内部。地震学家会记录这些波的地球内部的传播情况。这就有点像是我们使用一个超级大锤子狠狠敲击了地球的一端并趴在另一端聆听产生的声音。

雷德费恩表示:“1960年代在智利发生了一次强烈地震,那次地震中得到了大量数据。分布在全球各地的地震台都接收到了那场地震产生的地震波。”

根据地震波在地球内部的传播路径与其他特征,我们从地球的另一端“倾听”时所能听到的“声音”也将是不同的。在地震学研究的初期科学家们便意识到地震波中有某些震动似乎缺失了。当地球的一侧发生地震时,科学家们在另一侧未能监测到一种被称为“横波”,也即S波信号的抵达。原因很简单。这种横波只能在固态物质内传播而无法穿过液态物质。

很显然,横波在传播的过程中必定在地核区域遭遇到了液态区域。通过对S波传播路径的分析,科学家们判定在地下大约3000公里处,物质呈现为液态。

这就表明整个地核都是处于熔融状态的。但很快,地震学家们又有了另外的发现。

在1930年代,一名名叫英奇雷曼(Inge Lehmann)的女性地震学家发现,地震波中的另外一种波,即纵波(P波)出人意料的穿越了地球内核并且可以在地球的另一端监测到其信号。

她于是提出了一个让人大吃一惊的崭新理论:地球内核分为两层。从地下大约5000公里开始的内核是固态的,而其外部直到3000公里深度上的外核才是液态的。

到了1970年,随着越来越多地震波数据分析结果的出炉,英奇雷曼的理论得到了证实。观测结果显示P波的确穿过了地球内核,并且在某些情况下发生了一定角度的反shè。但不管如何,它们的信号可以在地球的另一端被监测到。

事实上,不仅是地震波穿越地球,从而产生了很多有价值的研究成果。地震学本身甚至在核武器的开发过程中都曾经起到过关键作用。

核bào炸同样会在地球内部产生震动波,因此各国可以通过对这种震动波的监测来监视别国的核武器试验情况。在冷战期间,这项工作非常重要,因此像英奇雷曼这样的地震学家们颇有用武之地。

相互敌对的国家互相严密监视来自对方国土上的震动波信号,从而判定地方的核武器能力。与此同时我们也了解到越来越多关于地核的资料。即便是在今天,地震波仍然是监测核试验的重要手段。

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1957年在美国内华达州核试验中引bào的一枚原子弹

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在正常压力条件下,纯铁的熔点大约是1538摄氏度

地球内部结构

现在,我们已经可以大致描绘地球内部的结构图了。地球内部拥有一个熔融状态的外核,其大约从地球半径的一半深度上开始,并在大约5000公里深部上过渡为一个固态的内核,后者的直径约1220公里。#p#分页标题#e#

但我们还有太多工作要去做,尤其是针对地球的内核。比如,地球内核的温度有多高?

英国伦敦大学学院的李敦卡·沃卡尔多(Lidunka Vo??adlo)表示,这个问题的答案显然难以一蹴而就,它长期困扰着科学家,直到zuì近才有了一定的突破。很明显的事实是我们不可能将一个温度计放到内核里面去测量那里的温度,因此唯一的方法就是在实验室中进行模拟。

2013年,一个法国科研小组得到了迄今zuì好的模拟结果。他们将纯铁施加大约相当于地核内部一半以上的压力条件并开展分析。他们得到的结论是,在地核压力条件下,纯铁的熔融温度大约是6230摄氏度,但其他物质的存在会稍稍拉低这一熔融温度,因此这一数值大约为6000摄氏度左右。尽管有所降低,但这仍然已经与太阳表面的温度相当。

由于地球形成初期保留下来的大量热量,地球内部得以长期保持较高的温度。另外,地球内部物质的摩擦以及放shè性元素的衰变过程也会产生热量。但尽管能够得到部分补充,地核的温度仍然正以大约每10亿年降低100摄氏度的速度下降。

了解地核的温度情况非常重要,因为温度数值直接影响振动波在地核内传播的速度。科学家们非常关注这个问题,因为地震波在穿过地核时似乎有一些奇怪的表现。

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流动的液态铁在地球内部产生了强大的电流,这一电流反过来就会产生磁场,并延伸至地球周围的宇宙空间

其他成分?

P波在穿过地球内核时速度异常的慢,其传播速度低于基于纯铁成分的理论预期。沃卡尔多表示:“在地震波或其他震动波中测量到的波速远低于我们在实验中或者在计算机中模拟时得到的结果。没有人知道这究竟是什么原因导致的。”

或许这暗示这里可能还存在着其他的物质成分。

那么这种混入的物质究竟是什么?科学家们怀疑是另外一种金属物质:镍。但根据对地震波在铁镍合金中传播情况的模拟,结果发现实验结果与实际观测数据之间并没有很好的吻合。

沃卡尔多和她的同事们目前正在考虑是否有可能那里还存在着其他元素成分,比如硫或者硅。到目前为止,还没有任何人提出的任何理论能够完美吻合观测数据。这真像是灰姑娘遇到的问题:没有一双鞋子完全合脚。

沃卡尔多想要尝试在计算机上模拟地球内核的物质。她希望能够找出一种物质、温度以及压力的组合,能够完美解释实际地震波观测数据给出的结果。

她认为,其中的奥秘可能就在于,内核的物质可能处于熔融临界点附近。因此,在这样的特殊条件下,物质的性质可能会与它们在完全固态或完全液态的情况下有所不同。

这种设想的确有望解释地球内核中地震波传播速度的异常缓慢问题。沃卡尔多表示:“如果情况的确如此,那么我们就将可以把组成物质的物理学结果与地震波实测结果相联系起来了。在此之前,人们还没能做到这一点。”

关于地核,仍然有大量的问题尚未解决。但我们目前又根本没有办法能够钻探到非常大的深度上,但就是在这样的情况下,科学家们仍然成功地掌握了地球内部包括核心区域的大量情况。

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了解地球深部发生的这些过程将会以一种很多人没有意识到的方式,深刻影响到我们的日常生活:地球拥有一个强大的磁场,其产生的原因正是因为地球拥有液态的外核。流动的液态铁在地球内部产生了强大的电流,这一电流反过来就会产生磁场,并延伸至地球周围的宇宙空间。

地球磁场对于我们以及其他生命的生存至关重要,因为它会阻止有害的太阳辐shè抵达地球。如果地球没有熔融的外核,那么地磁场就将不复存在,而我们的生存就将面临严重危机。

科学家们从未看到过地核一眼,然而借助地震波这一有力工具,我们对那里了解甚多

地球核心是什么? 盘点震惊地球十大未解之谜

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地球核心是什么?

地球的核心一直让作家和科学家们着mí不已,曾几何时科学家认为已经解开了地球核心组成成分之谜,至少在20世纪40年代是这样的。科学家测量了地球重要矿物质的原有平衡,结果发现了一些成分的缺失。

科学家们推测地壳里缺少的铁和镍肯定位于地心。然而20世纪50年代进行的引力测量表明这一推断其实并不正确,因为地心太轻了。

现在研究人员仍在推测哪一种元素或可以解释地球地心密度的不足。此外,地球磁场的周期性逆转也让科学家们困惑不已,地球磁场是由外核流动的液态铁产生的。

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我们是否能够预测地震的发生?

统计模型可以预测未来地震发生的可能性,类似于气象专家预测未来降雨。科学家们从未停止过对地震发生的预测,尽管从未成功过。

zuì大的一次失败预测是1994年,地质学家预测美国加州帕克菲尔德将发生地震,他们设立了各种仪器设备准备迎接即将到来的地动山摇,然而,真正的地震发生在2004年。地质学家面临的zuì大难题之一便是理解地震为何发生和停止。

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月球如何产生?

月球的产生是否源于地球和一颗火星大小的原行星之间史诗般的碰撞?科学家们并未对这一巨型碰撞理论进行普遍审查,因为其中一些细节尚未证实为真。

例如,地球和月球的化学组成成分是如此相似以至于这暗示了月球其实来源于地球,而非一次单独的撞击所致。然而其它模型表明,快速旋转的年轻地球在撞击过程中可能喷shè了大量的熔岩,从而形成了化学组成成分相似的月球。

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生命从何而来?

生命是在地球上酝酿的,还是起源星际空间由陨石传递至地球的?在小行星内部的冰粒和地球上某些极端环境里都发现了生命的基本组成部分,例如氨基酸和维生素。#p#分页标题#e#

查明这些基本组成部分是如何形成生命的是当代生物学zuì大的谜题之一。到目前为止科学家们并未发现地球上第一批生命——很可能是原始的、咀嚼岩石的细菌——的直接化石证据。

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氧气从何而来?

生命的存在多亏了蓝藻细菌,这种微生物彻底的改变了地球大气层。它们将氧气以废物的形式排放,使得24亿年前地球大气层里首次充满了氧气。

然而岩石证据表明,在过去的30亿年间,氧气水平如过山车似的急速增加和减少,直到5.41亿年前寒武纪才逐渐稳定下来。细菌才是地球大气层里氧气的贡献者?亦或者还存在别的影响因素?理解富含氧气的大气层是如何形成的是解密地球生命发展历史的关键因素。

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寒武纪大bào发是如何发生的?

40亿年前寒武纪复杂生命的出现标志着地球历史独特的转折点。在那个时期,地球上忽然出现了有大脑、血管、眼睛和心脏的动物,它们进化速率之快超过任何已知的行星时期。

寒武纪大bào发之前氧气含量的增加提供了一个可行的解释,但是其他的因素也可以解释复杂生命的激增,例如bǔ食者和猎物之间的军备竞赛。

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板块运动是何时开始的?

坚硬地壳的薄弱板块撞击了地球的表面,从而形成了美丽的高山和剧烈的火山喷发。然而地质学家对板块活动是何时加速启动的仍一无所知。

大多数相关证据已经被毁坏了,只有少数名为锆石的小型矿物质颗粒从44亿年的地球历史里存活下来,它们表明第一批类似大陆板块的岩石已经存在。然而早期板块运动的证据仍颇具争议性,地质学家非常好奇大陆地壳是如何形成的。

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海水从何而来?

一望无际的海洋,碧波翻滚,让人mí恋而又mí惑:这么多的海水究竟从何而来?辽阔的海洋占有地球表面近四分之三的面积,地球总水量96.53%是海水。可见,海水是地球水的主体。那么,海水是从哪里来的?海水中为什么含有盐?今后海水是否会越来越咸?

起初,科学家们坚信,海水是地球固有的。它们开始以结构水、结晶水等形式贮存在矿物和岩石之中。以后,随着地球的不断演化,它们便从矿物、岩石中释放海水从何而来自2000多年来,阿特兰提斯的传说一直吸引着西方世界。

相传那是一个富裕的dǎo guó,居民生活优越,后来在一夜间被海làng淹没。由于希腊哲学家柏拉图记述了阿特兰提斯的兴衰,导致后人出版了约2000本与此有关的着作,还有许多人耗费了不知多少时间进行调查研究。但尚无证据证明阿失落的大洲之谜出来,成为海水的来源。

然而,一些科学家却有不同看法。他们认为,这些“初生水”就是从地面渗入的。近代兴起的天体地质研究表明,在地球的近邻中,无论是距太阳zuì近的金星、水星,还是距太阳更远一些的火星,都是贫水的,惟有地球得天独厚,拥有如此大量的水。所有这些,都让科学家倍感奇怪,纷纷探讨地球水的真正来源。其实,所有这些观点还都是猜测,离真正揭开地球水源之谜的日子还很遥远。#p#分页标题#e#

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海水中为什么含有盐?

海水所以很咸,是由于它含有相当数量的盐(3%左右)。为什么海水中含有盐分呢?海水zuì初与江河的水一样也是淡水,但每年有1.25亿吨之多的水分从海洋的表面蒸发掉,变成雨降落到陆地上的每个角落。它们潺潺而流,不断地破坏岩石,冲刷土壤,把岩石中的可溶性物质(绝大部分是盐类物质)带入江河中。

zuì后,江河百川归大海,水又回到了自己的老家——海洋。就这样,海洋源源不断地从陆地上得到盐类物质,而在海水的蒸发过程中,所收入的盐类却又不能随水蒸气升空,只能滞留在海洋里。如此周而复始,日积月累,海洋中的盐类越积越多,经过几百万年甚至更久,海水中积累起来的盐分就十分可观了。

既然海水中已含有这么多的盐分,而且还在不断地从陆地获得盐类物质,那么海水是否会永无止境地越变越咸?会不会将所有的海洋生物都咸死呢?

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海水是否会永无止境地越变越咸?

大家知道,当今世界上zuì咸的水域是著名的死海,它的盐分含量比海洋平均数高许多倍,以致几乎所有的生物都无法在里面生存。原因是它和海洋不相通,又地处炎热环境,水分蒸发速度远远超过海洋,所以盐分就聚集得更多。

联想到死海,人们不jìn会担心:海洋是否也会面临没有生物的结局?但科学家们在研究中发现,随着陆地可溶性物质不断进入海洋,达到一定浓度后,便会互相结合成不溶性化合物,沉入海洋底部,就像明矾能沉积水中的杂物那样,使海水变清。还有一些物质,虽然本身是可溶的,但却能与海底的物质结合起来。

此外,许多物质还会被各种海洋生物所摄取,待它们死去,随尸体沉入海底。另外,狂风巨làng常把海水卷到陆地上,溶解的盐分也随之上岸,这也是盐分回归陆地的一种途径。

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关于海水将来是会变咸还是变淡的问题,至今尚无定论。不过许多专家都认为,海水在某一时期内会变咸,而在另一段时间内又可能变淡,总体来说海水的咸度会保持着相对平衡的状态。

地球很可能被一颗多冰的小行星撞击,在这个名为晚期重大撞击事件(Late HeAdult Videoy Bombardment)的过程中,地球重新补充了它的蓄水池。然而地球上水的开始仍是个谜,因为那个时期的岩石证据非常稀缺。

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