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科学家发现 地球内部的冷却速度远超预期(“变凉”是迟早的事)

时间:2022-12-15

以地球所处的宇宙空间和本身特征为蓝本,科学家们在太阳系外发现了众多和地球相类似的行星,将它们称为类地行星或者超级地球,对这些行星开展探测的一个

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我们所赖以生存的地球,之所以能够孕育生命,可以说是多种因素“巧合”组合在一起的缘故,这其中最为主要的几个因素就是与恒星的距离不远也不近;表面的温度足以支撑液态水的存在;拥有浓度适宜的大气层;具有稳定的磁场等。以地球所处的宇宙空间和本身特征为“蓝本”,科学家们在太阳系外发现了众多和地球相类似的行星,将它们称为“类地行星”或者“超级地球”,对这些行星开展探测的一个主要内容,就是试图从中探索到支撑生命存在的条件以及生命存在的证据。

在地球的演化史上,地球表面的温度也经历了诸多变化,从刚开始形成时由于星际物质的聚集、碰撞,组合而成的原始地球表面完全呈现熔融的高温状态;再到随着热辐射的持续进行,地球表面温度逐渐下降,地球上的水资源在几千万年内,反复进行着从水蒸气、到凝结成液态水、再次蒸发的过程,从而加速着地球的降温,同时也逐渐造就了原始大气层和原始海洋;此后地球生命开始形成,并在某些时间段迎来生命的大爆发。

在地球生命开始蓬勃发展的早期,由于太阳系内的小行星数量非常多,在引力扰动的影响下,持续进行着相互碰撞、融合、分离、再碰撞、再融合的过程,地球同样也经历了这段“艰难”的岁月。在小行星的猛烈撞击下,地球上出现了全球性的大规模火山喷发,喷发出的滚滚浓烟甚至将大气层全部充满,直接阻挡了太阳光线的照射,形成了漫长的“核子冬天”,地球也因此进入大冰期。

地球上所经历的几次生物大灭绝,其中几个都与受到巨大的小行星撞击、全球性的低温等自然灾难有关。在大冰期结束以后,地球上幸存的生命展现出了强大的生存能力,过不了多久就又重新蓬勃发展起来。到500万年前,人类的祖先开始登上历史舞台,在短时间内就形成了灿烂的人类文明。在此过程中,由于人类对自然资源和能源资源的利用,排放到环境中的污染物和温室气体逐渐增多,特别是进入工业革命以后,造成了目前仍然在困扰和制约人类可持续发展的一个大问题,那就是全球变暖。

不过,在全球大气层和表面温度逐渐提升的同时,科学家们通过最新的研究发现,在地球的内部,温度的下降情形要比之前预想快得多,这是怎么回事呢?

大家知道,地球作为行星,和能够进行核聚变的恒星不同,它只会接收和释放能量,能够支撑行星保持一定温度的重要条件有两个,一个是来源于恒星的热辐射,另一个就是炙热内核所释放的能量。

拿地球来说,地球现在的平均温度之所以非常适宜生物生存,关键在于它拥有极其高效和比较稳定的“保温”机制。其中热量的来源,刚才提到了,一方面来源于接收太阳通过核聚变所释放的热能,另一方面是内核中被所包裹的炙热物质,当然还有内核中铀-235、钍-232等放射性物质在漫长的衰变过程中积聚和释放的能量。

与此同时,地球的“保温”机制作用也非常明显。第一个是地球结构的“保温”功能,从地球的结构来看,最内部是由铁、镍所形成的固态内核,内核外部包裹着呈熔融状态的物质,再上面就是下地幔和上地幔,由黏稠的硅酸盐岩石所构成,最上部是地壳,无论是陆地还是海洋,都覆盖着厚度十几甚至几十公里的玄武岩和花岗岩。这种由固态物质-地壳所“封存”的结构,从一定程度上也减缓了内部热量的散失。

第二则是地球大气层的“保温”功能。地球的大气层就像给地球盖上了一层厚厚的“棉被”一样,从太阳发射过来的短波辐射,可以很轻松地穿透大气层来到地表。而从地表通过热辐射、热传导和热对流传递的热量,基本上以长波辐射的形式存在,地球大气层对这种长波辐射的吸收能力很强,使得地球本身的热量很难快速消散在宇宙空间中。

虽然地球拥有这样优异的保温机制,但是如果从长久的时间进程来看,地球内部原本积聚的热量,终归会消散完毕,地球完全冷却的命运也无法避免。就像现在的火星一样,原本也拥有液态水和大气层,但是由于内核逐渐冷却,内部原本“流淌”的岩浆物质不再流动,磁场赖以存在的基础也不复存在。而随着磁场的消失,再也抵挡不住从太阳发出高能粒子的冲击,使得大气分子和水分子逐渐发生电离而逃逸,表面逐渐变得干燥和荒凉。

考虑到地球的圈层结构、火山地震等高强度能量释放的发生频率和规模、地球内部的现有温度以及地球的大小等因素,同时更重要的是还能源源不断地接收到来自太阳的辐射能量,所以科学家们起初估算,地球完全冷却的时间起码还要在几十亿年之后。最近,苏黎世联邦理工学院的科学家,通过研究发现,在上地幔中,普遍存在着的一种岩石-布氏岩,其导热能力可能要比之前估计的快1.5倍,这也就意味着从地球内部向外传导热量的速度比原来预想的要快1.5倍,从某种意义上来说,地球冷却的速度也大大提前,或许只有10亿年左右的时间。

然而,10亿年的时间尺度,对于人类文明来说,实在是太长了,此后随着人类科学技术水平的提升和飞跃,10亿年时间里,如果地球没有经受毁灭性的小行星撞击事件,人类文明应该能得以延续,在那个时期,太阳开始步入衰老期,体积开始慢慢膨胀,为了人类的未来,那时候的人类估计已经完全掌握了星际移民技术,并且应该已寻找到大量可供人类移居的新星球。

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