地球为什么有个液态外核？而内核又是固态？为何里面先冷却

发布时间：2023-05-11 16:48:02 所属栏目：业界来源：转载

导读： 　　或者说地球有一个固态的内核和液体的外核,然后还有地面上的帷幔,这上面有两个疑问:我们还没有打通地球,我们是怎么知道地球的结构?还有再整个核心中为何内核先冷却了，而外核还是液态？

　　或者说地球有一个固态的内核和液体的外核,然后还有地面上的帷幔,这上面有两个疑问:我们还没有打通地球,我们是怎么知道地球的结构?还有再整个核心中为何内核先冷却了，而外核还是液态？正好与我们的常识相反。今天我们就解决这两个问题。

　　我们先来看看地球的地质分层是如何形成的？

　　我们现在都知道这是为什么，因为地球水多呗！而且水的密度小，海洋就漂浮在岩石和泥土之上，构成了我们所熟知的地球表面构造。

　　其实这就是我们常说的浮力概念：密度越小的物体上升到密度越大的物体之上，而密度越大的物体则下沉到水底，浮力概念不仅仅可以来解释水所表现的上升和下降。

　　同样的原理也可以解释地球整个的地质分层！例如：为什么氦气球从大气中升起，为什么大气在海洋之上，为什么冰可以漂浮在海面，石头可以沉入海底，而海洋又在陆地之上等等....！

　　现在我们应该能想到地球最稳定的状态是什么？应该就像一个洋葱那样一层一层的，最密集的元素都在地球的中心，由内到外的每一层逐渐由密度较小的元素组成。事实上，地球上发生的每一次地震实际上都是地球向理想状态在不停的迈进。

　　以上的说法不仅解释了地球的结构，还可以解释所有行星的结构。

　　那么构成地球最初的元素是从哪里来的

　　在宇宙非常年轻的时候，也就几分钟的时间吧！当时的宇宙几乎只有氢和少量的氦。所有较重的元素都是在后来形成的恒星中产生的，只有当这些恒星死亡时，它所加工的重元素才会被重新抛回到宇宙中，从而形成新一代的恒星。

　　但这一次,各种新型元素的混合体不仅含有氢、氦,还有碳、氮、氧、硅、镁、硫、铁等,不仅会生成新的星球,还会生成环绕其的原行星盘。

　　新形成的恒星会优先将较轻的元素推到太阳系的外部，而引力和物质分布的不均匀则会导致行星盘不稳定，局部在引力作用下坍缩并形成行星。

　　就以我们太阳系为例，太阳系最深处的四颗行星是太阳系中密度最大的四颗行星，其中水星由密度最大的元素组成。

　　但是外行星，由于质量更大，离太阳更远，因此受到的辐射更少，它们能捕获大量的轻元素，并形成气态巨星。

　　这些星球中的每一个，都和地球一样，总体上最密集的元素都集中在核心，较轻的元素在核心周围逐渐形成密度越来越小的分层。

　　铁是超新星以外的恒星能聚变到最稳定、最重的元素，也是地球中最丰富的元素。（超新星爆发后会产生少量的重元素，其实是中子星碰撞，我有篇文章专门提到了重元素的产生，可以翻阅下）但令我们觉得奇怪的是，在固体内核和固体地幔之间，有一层2000多公里厚的液体层:地球的外核，而且这个巨大的液体层占地球质量的30% !

　　这时你可能会想，内核都冷却了，外核居然没冷却，冷却不应该是从外向内吗？而且我们又没有打穿地球，怎么会知道有液态内核的？下面就说这些问题：

　　地震产生的地震波是如何告诉我们地球内部的构造的

　　地震中产生的地震波有两种：

　　所谓的压缩弹性体的波，也就是我们所知的p弹性体波，它的主要工作原理就像弹性体脉冲穿过压缩弹簧一样

　　二次横波，被称为S波，就像海面上的波浪一样。

　　世界各地的地震监测站都能有效的探测到P波和s波，上图中可以看到s波不会穿过液体，而P波虽然穿过液体，但它们会发生折射！

　　因此，我们可以知道地球有一个液态的外核，一个固态的外地幔，和一个固态的内核！这就是为什么地球的核心有最重、密度最大的元素，而我们知道它的外核有一层液体。

　　但是地球外核为什么是液态的呢?

　　和所有其他元素一样，铁是固体、液体、气体还是“其他”形态取决于铁的压力和温度。

　　但是，铁要比我们熟悉的许多元素复杂得多。铁可以呈现出多种晶体固相，我们一直深入到地心，那里的压强是海平面的几百万倍。对于这样的超压，我们就需要知道铁在超高压下的相图！这个科学家其实早就对铁研究过了，这些都不是我们操心的事！

　　在360 Gpa的高压下，铁的熔化需要极高的温度，相当于太阳表面的温度。然而，相同的温度，在较低的压力下，铁很容易保持液态，而在较高的压力下，铁会形成固体。这对地球的地核意味着什么?

　　这意味着，随着时间的推移，地球冷却，其内部温度下降，而其压力保持不变。换句话说，当地球最初形成的时候，很可能整个地核都是液态的，但随着地核持续冷却，所以地核就从内部开始变为固态！我们都知道固体比液体密度高，体积更小，地球内核的缩小会导致地球会轻微收缩！这又会造成什么结果呢？

　　没错，就是地震！所以地球核心的外核是液态的，因为地核温度足够高，在外核压力低的地方就可以熔化铁。

　　如果我们展望未来，地球的地核完全冷却为固态，会发生什么？已经有前车之鉴了，我看可以看看水星！

　　因为水星很小，所以水星核心冷却的速度很快，并且由于核心的冷却，水星表面产生了长达数百公里的大裂缝！

　　那么，现在在问：为什么地球有一个液态内核呢？因为它还没有完全冷却！我们所感觉到的每一次地震，都是地球向着理想状态，内核冷却又迈进了一步。不过这个速度很慢很慢，慢到足以把太阳熬成红巨星！我们知道，太阳的质量是恒星的1.5倍，体积是地球的1300倍，这意味着太阳每秒钟都在发生核聚变反应，释放出巨大的能量。

（编辑：厦门网）

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