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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?

 tjboyue 2019-06-04

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。


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