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地球冷卻速度比預(yù)期更快 地球可能是下一個火星嗎

導(dǎo)讀   瑞士蘇黎世理工大學(xué)的研究人員在實驗室中展示了地核和地幔交界處常見的一種礦物—

  瑞士蘇黎世理工大學(xué)的研究人員在實驗室中展示了地核和地幔交界處常見的一種礦物——布氏巖是如何很好得傳導(dǎo)熱量的。實驗結(jié)果表明,地球內(nèi)部熱量的消散速度可能會比之前想象得更快。研究結(jié)果發(fā)表在近日的《地球與行星科學(xué)快報》上。

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  地球的進化伴隨著冷卻:45億年前,年輕的地球表面普遍存在極端溫度,它被一片深厚的巖漿海洋所覆蓋。在數(shù)百萬年的時間里,地球表面冷卻形成了脆弱的地殼。然而,地球內(nèi)部散發(fā)出的巨大熱能引發(fā)了地幔對流、板塊構(gòu)造和火山活動等動態(tài)過程。

  然而,地球冷卻的速度有多快,以及這種持續(xù)的冷卻可能需要多長時間才能使上述的熱驅(qū)動過程停止,這些問題一直沒有得到回答。一個可能的答案在于形成地核和地幔邊界的礦物的熱導(dǎo)率。

  在地核和地幔交界處,地幔的黏性巖石與地球外核熾熱的鐵鎳熔體直接接觸。兩層之間的溫度梯度十分“陡峭”,因此這里可能有較大的熱傳導(dǎo)。邊界層主要由礦物布氏巖形成。然而,科學(xué)家很難估計這種礦物從地核到地幔傳導(dǎo)了多少熱量,因為實驗驗證非常困難。

  現(xiàn)在,研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種復(fù)雜的測量系統(tǒng),能在實驗室中測量布氏巖在地球內(nèi)部一般壓力和溫度條件下的熱導(dǎo)率。他們發(fā)現(xiàn),布氏巖的導(dǎo)熱系數(shù)大約是假設(shè)的5倍。這表明從地核到地幔的熱傳導(dǎo)也比之前認為的要高。更大的熱流反過來會增加地幔對流,加速地球的冷卻。這可能會導(dǎo)致由地幔對流運動保持的板塊構(gòu)造減速,速度比研究人員根據(jù)之前的熱傳導(dǎo)值預(yù)期的要快。

  研究還表明,地幔的快速冷卻將改變地核和地幔邊界的穩(wěn)定礦物相。冷卻后,布氏巖變成后鈣鈦礦相的礦物。但研究人員估計,一旦后鈣鈦礦出現(xiàn)在核幔交界處并開始占據(jù)主導(dǎo)地位,地幔的冷卻速度確實可能會進一步加快,因為這種礦物的導(dǎo)熱效率比布氏巖更高。

  研究人員表示,這一結(jié)果可能會讓我們對地球動力學(xué)的演化有一個新視角。它表明,地球和其他巖石行星如水星和火星一樣,正在冷卻和變得不活躍的速度比預(yù)期的要快得多。

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