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地球內部的熱量從何而來,為什麼不會消失?
2023/08/05

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地球核心的溫度高且異常穩定,這可以通過幾個過程來解釋。首先,地球核心的高溫是由于地球內部的原始熱量儲備和中心地區放射性元素衰變持續加熱的結果。

在地球形成的早期階段,地球處于液態狀態并具有非常高的溫度。所有重型放射性元素在液態狀態下「沉入」中心區域。一個例子是鈾-238,它在液態鐵中的沉沒程度幾乎與玄武巖石在水中的沉沒程度相同。這些重型元素的存在使得地球鐵核的密度約為12.5克/立方厘米,而不是鐵的常規密度7.8克/立方厘米。

放射性元素衰變,如²³⁸U和²³²Th,是地球內部數十億年來的熱源。這些衰變過程加熱地球的鐵核,將其溫度保持在約6000攝氏度左右。它們部分彌補了地球的原始熱量散失。

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值得注意的是,這一假設在2005年得到了反應堆中微子實驗合作實驗的高度確認。實驗發現地球內核發出的電子反中微子是由地球內部放射性元素²³⁸U和²³²Th的衰變產生的。地球構成模型假設這些衰變的放射性功率約為16太瓦,這大約相當于地球散失的熱量總速率的一半(即地球向宇宙空間釋放的熱量量)。

因此,地球核心的高溫是由原始熱量儲備和放射性元素衰變的持續加熱相結合的結果。這一過程在漫長的時間內維持了地球核心的穩定溫度。

放射性元素的衰變,如鈾-238和釷-232,是一種自發過程,產生的能量以熱的形式釋放出來。這些元素存在于地球的中心區域,它們的衰變是地球內部放射性熱的主要來源。衰變過程將放射性元素轉變為更穩定的同位素,伴隨著能量的釋放。這些能量主要轉化為熱量,增加了周圍物質的溫度,包括地球的鐵核。

除了放射性元素,地球還存在引力加熱。由于地球的質量受到重力作用,質量對中心區域施加壓力。這導致物質密度增加和壓縮,從理論上講可能導致溫度升高。

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然而,與放射性熱相比,引力加熱的貢獻微不足道。增加壓力時液態和固態物體的溫度幾乎不可見。

因此,地球內部的熱量并不會消失,這是由于持續的放射性元素衰變,如鈾和釷,以及引力加熱的最小影響。這些機制確保了地球核心溫度的穩定,并且是地球內部結構和演化的基本因素。

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