研究:地球內部冷卻速度超過預期

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【大紀元2022年01月20日訊】(大紀元記者康怡兒編譯報導)新研究發現,在地幔層地核交界處最常見一種礦物質的導熱能力比以前認知的強得多。這意味著,地球內部冷卻的速度比科學家以前認為的快得多。

現有的地球演化認知模型是,地球剛誕生的時候溫度非常高,地表是一層很厚的、滾燙的岩漿海洋。後來地球逐漸冷卻,才形成了外面的地殼層。然而,地核的熱量還在不斷向外散發,推動了地幔對流、地殼板塊變動以及火山爆發等各種地質活動。

不過科學家不知道地球冷卻的速度究竟怎樣,也不知道在未來什麼時候以上這些由熱力推動的地質活動會停歇下來。科學家知道地幔和地核交界層礦物質的導熱性對這個過程的速度起到關鍵的作用。

研究稱這個交界層很關鍵,因為在這個區域地幔層粘稠狀態的岩石和外核層所富含的高溫液態鐵鎳合金直接接觸,而這兩層的溫差很大,所以很多熱量要穿過這個交界層,才能抵達外層。這個交界層所含的主要礦物質是布里奇曼石(bridgmanite)。但是,以前受限於實驗條件,科學家難以估計這種礦物質在那樣的環境下導熱性究竟怎樣。

現在,瑞士蘇黎世聯邦理工學院(ETH Zurich)的研究人員開發了一套利用脈衝激光加熱鑽石容器的光吸收測量系統,能夠在實驗室內測量布里奇曼石在地下那樣的溫度和壓力條件下的導熱性。

主要研究者之一元彥村上(Motohiko Murakami)說:「這套測量系統顯示,布里奇曼石的導熱性是以前所知的1.5倍。」這意味著,從地核流向地幔的熱量比以前所知的多。熱對流越強,地幔對流越快,地球冷卻得也越快。由於地殼板塊運動也由地幔對流所推動,這可能導致地殼板塊變動變快。

研究組還發現,地幔層的快速冷卻還會改變布里奇曼石的狀態,當它冷卻後,會變成後鈣鈦礦(post-perovskite),而這種礦物質導熱性比布里奇曼石更強。研究者認為,將來地幔和外核交界層內的後鈣鈦礦含量越來越多,並成為主要的礦物質的時候,地幔層冷卻的速度將更快。

村上說:「新的發現讓我們對地球的地質演化有了新的認識。這說明地球,也包括其它類似的岩石行星(如水星和火星),冷卻的速度比我們預期的快得多。」

這份研究1月15日發表於《地球與行星科學通訊》(Earth and Planetary Science Letters)。◇#

責任編輯:葉紫微

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