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地球的地下为什么几亿年来都是高温,能量从哪里来?地下水冰冷,热量为什么不向上传导?

zhao_admin1年前 (2022-05-27)地理课件43

这个关于地球内部秘密的问题让我来回答一下。如下图所示,就是地球内部的结构图,其中地球的核心就如图中所示的那样,是一个巨大的“火球”,温度极高(根据估计,温度可达6000摄氏度,与太阳表面温度相同),那么地球为什么核心温度会这么高呢?

简单说,地球刚刚诞生的时候太阳系内一片混乱,地球是在不断的星际物质撞击之下才逐渐形成的【如下图所示】。

所以原始地球其实是一个巨大的熔岩星球【如下图所示】,温度极高,而且还不断有小行星与地球撞击,给地球“加温”。比如说科学家研究发现,在45亿年一颗跟火星差不多大的小行星撞击地球,不仅把地球的地轴撞歪了,而且还形成了现在的月球,可见当时的地球是多么多灾多难。

而伴随着时间的推移,地球逐渐冷却,但是因为地球的外层都是岩石,是良好的绝热体,所以在长久的过程中,地表温度虽然降低了,但是核心的温度却始终很高。这就好比一个烫山芋外面裹了一层厚棉被一样,保温效果极好,地球内部的热量迟迟散发不出去。

同时,在地球的地幔和部分地壳中,还有大量的放射性元素,包括铀238、钍232、钾40等等,这些放射性元素会逐渐衰变,产生大量的热量——这些热量无疑起到了一种辅助保温的作用。

所以,地壳、地幔岩石的绝热性(保温)+地幔、地壳中放射性元素衰变产生的能量(小火烘烤),共同造成了地核温度迟迟降低不下去。这道题目里还问,为什么热量不向上传递?其实地核的热量一直在向外传递,但是因为中间隔的岩石实在是太厚了,所以热量传递的很少、很缓慢。如下图所示,热量在从高温向低温传递的时候,中间物体的导热性对热量的传递速度影响极大。

而且热量的传导是有梯度的,温度从高温到低温部位是逐步变化的,所以如果我们把物体的温度图画出来,应该是从内向外,温度逐渐降低。

那么为什么“地下水是冰凉的”呢?实际上地下水不是冰凉的,只是地下水相对夏天最热时候的温度比较低——正常人都有一个体验,那就是井水冬暖夏凉,所以地下水的温度是基本上比冬天最冷的时候温度高一些的。

这是因为人们在地上的生活环境热量主要来自于太阳的照射,所以夏天温度高、冬天温度低。而地下的温度是逐步升高的,大概是每降低100米升高2、3摄氏度左右,所以地下100、200米的地方基本上不会受到地球内部温度的影响,而且因为这部分的区域远离太阳的照射,所以肯定是要比地上温度最高的时候温度低很多。

而有过在地下矿井工作经验的人肯定知道,当地洞的深度达到数百米、甚至于一两公里的时候,这个地方的温度就会达到40、50度,甚至于更高了——这是因为在这个深度上地热的影响逐渐占到了主要的作用。

所以这么解释,你明白了吗?

地球的地下为什么几亿年来都是高温,能量从哪里来?地下水冰冷,热量为什么不向上传导?在回答这个问题之前,我先来讲一下在我小的时候村头发生的一件比较奇怪的事,记得那是读小学三四年级的时候,村东头有一家在稻场边堆放了一百多捆还未脱粒的早稻在夜里突然着火了,虽然发现的较早,但由于火源与水塘相距一百多米且挑水灭火效率极低,大部分粮食被烧焦。

尽管这家把粮食被烧一事报了案,最终也没查出个所以然来而不了了之。不过,按照正常的情况每年的7月底收割早稻,且收割完之后堆放在稻场边一阵子,立秋之后天气稳定了就安排打场。后来有一种说法是这家的稻草堆放时间太久,中心热量积累散热较少温度逐渐升高,最终导致草垛自然并酿成火灾使粮食被毁。其实地球内部的高温与草垛热量积累相似。我们都知道太阳系内存在大量“天然”的重元素,而这些重元素被认为都是由恒星内部的核聚变以及超新星爆发等才能制造出来,因此推测太阳系的中心恒星太阳并非第一代恒星,进而可以推测出太阳系内的一切能量来自于原始星云的上一代的恒星。

也就是说太阳系是由原始太阳星云演变而来,而体积约为1.09万亿立方千米的地球大约形成于46亿年前,自形成之初就自带动能,内部温度约为5500~6600,几乎与太阳表面温度相当,并且在万有引力作用下既围绕太阳公转同时也在自转。由于地球自打形成之时内部就具备了高温的条件,而地球内部之所以高温不退,这主要与地球自身的内部环境和外部环境有着密切的关系。

其一,在地心引力、地球自转以及太阳和月球引力的等共同作用下,地球的固体和液体内核不断的产生相对运动,这种摩擦生热所产生的热量抵消了一部分热量散失;

其二,由于引力的存在,使得地球内部物质承受着巨大的压力,而物质在高压下产生高温使物质熔融;

其三,地球的绝大部分能量来自于太阳辐射,在地球大气的温室作用下,使得地表的温度始终维持在一个相对稳定的范围;

其四,地球内部储存了大量的放射性元素,而这些放射性元素在衰变的过程中会释放大量的热量,这也成为地球内部热量来源之一;

其五,与地球的结构性保温有关,地球由地壳、地幔、地核(内核、外核)组成,这种特殊的结构既不利于内部温度向外传递,同时地壳就像一个厚厚的锅盖具有保温作用。以上内容,欢迎点评!

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