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瑞士苏黎世理工大学研究称地球内部冷却速度快于预期
2022/1/18 16:50:26 | 浏览:304 | 评论:0

我们地球的演变是其冷却的故事。45亿年前,年轻的地球表面普遍存在极端的温度,它被岩浆的深海所覆盖。经过数百万年,地球的表面冷却形成了一个脆性的地壳。然而,从地球内部发出的巨大热能使动态过程开始运动,如地幔对流、板块构造和火山活动。

瑞士苏黎世理工大学研究称地球内部冷却速度快于预期

然而仍没有答案的问题是,地球冷却的速度有多快,这种持续的冷却可能需要多长时间才能使上述热驱动的过程停止。

一个可能的答案可能在于形成地核和地幔之间边界的矿物的导热性。

这个边界层是相关的,因为在那里,地球地幔的粘性岩石跟地球外核的热铁镍熔体直接接触。这两层之间的温度梯度非常陡峭,所以这里可能有大量的热量流动。边界层主要是由矿物bridgmanite形成。然而,研究人员很难估计这种矿物从地心向地幔传导多少热量,因为实验验证非常困难。

现在,ETH教授Motohiko Murakami和他来自卡内基科学研究所的同事们已经开发了一个复杂的测量系统,这使得他们能在实验室里在地球内部普遍存在的压力和温度条件下测量桥石的热传导率。为了进行测量,他们在一个用脉冲激光加热的钻石单元中使用了最近开发的光学吸收测量系统。

瑞士苏黎世理工大学研究称地球内部冷却速度快于预期

Murakami指出:“这个测量系统让我们表明,bridgmanite的热导率比假设的高约1.5倍。”这表明,从地心进入地幔的热流也比以前认为的要高。更大的热流反过来增加了地幔对流,加速了地球的冷却。这可能导致由地幔的对流运动保持的板块构造,这比研究人员根据以前的热传导值所预期的减速更快。

Murakami和他的同事还表明,地幔的快速冷却将改变地核-地幔边界的稳定矿物相。当它冷却时,bridgmanite变成了矿物后过氧化物。但研究人员估计,一旦后过氧化物出现在地核-地幔边界并开始占主导地位,地幔的冷却可能确实会进一步加快,因为这种矿物的导热效率甚至比bridmanite更高。

“我们的结果可以给我们一个关于地球动态演变的新视角。它们表明,地球像其他岩石行星水星和火星一样,正在冷却并变得不活跃,比预期的快得多,”Murakami解释道。

然而他无法说明这需要多长时间,例如,地幔中的对流要停止。而要做到这一点,首先需要更好地了解地幔对流在空间和时间方面是如何运作的。此外,科学家还需要搞清楚地球内部放射性元素的衰变--热量的主要来源之一--是如何影响地幔的动态的。

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