Ciepło powierzchni Ziemi od wewnątrz – jak to się stało przez miliardy lat?

W jaki sposób jądro Ziemi pozostawało tak gorące jak powierzchnia Słońca przez miliardy lat?

Warstwowa struktura Ziemi, która obejmuje poruszające się płyty, jest ogrzewana pozostałościami po formowaniu się planet i rozpadzie radioizotopów. Geolodzy wykorzystują fale sejsmiczne do badania tych wewnętrznych struktur i ruchów, które są niezbędne dla zmian środowiskowych i ewolucji życia na Ziemi. Wewnętrzne ciepło napędza ruchy płyt, przyczyniając się do takich zjawisk, jak trzęsienia ziemi, erupcje wulkanów oraz tworzenie nowych lądów i oceanów, dzięki czemu Ziemia nadaje się do zamieszkania.

Nasza Ziemia jest zbudowana jak cebula – warstwa po warstwie.

Zaczynając od góry do dołu, jest kora, która obejmuje powierzchnię, po której chodzisz; potem w dole płaszcz, głównie twarda skała; następnie głębiej rdzeń zewnętrzny, wykonany z płynnego żelaza; Wreszcie wewnętrzny rdzeń, wykonany z litego żelaza, o promieniu 70% objętości Księżyca. Im głębiej nurkujesz, tym robi się goręcej – części jądra są tak gorące jak powierzchnia Słońca.

Ta ilustracja przedstawia cztery sekcje podpowierzchniowe.

Podróż do wnętrza Ziemi

k Profesor nauk o Ziemi i PlanetarnychBadam wnętrza naszego świata. Tak jak lekarz może zastosować technikę tzw Sonografia Aby zrobić zdjęcia struktur wewnątrz ciała za pomocą ultradźwięków, naukowcy stosują technikę podobną do obrazowania wewnętrznych struktur Ziemi. Ale zamiast ultradźwięków używają go geolodzy fale sejsmiczne Fale dźwiękowe generowane przez trzęsienia ziemi.

Na powierzchni Ziemi widzisz brud, piasek, trawę i oczywiście chodniki. Wibracje sejsmiczne ujawniają, co jest poniżej: duże i małe skały. To wszystko jest częścią skorupy, która może sięgać nawet 20 mil (30 kilometrów); Unosi się nad warstwą zwaną płaszczem.

Górna część płaszcza zwykle porusza się wraz ze skorupą. Razem nazywają się litosferaktóry ma średnio około 60 mil (100 km) grubości, chociaż w niektórych miejscach może być znacznie grubszy.

Litosfera jest podzielona na kilka Duże bloki nazywane są płytkami. Na przykład płyta pacyficzna leży pod całym Oceanem Spokojnym, a płyta północnoamerykańska obejmuje większość Ameryki Północnej. Panele są jak kawałki puzzli, które z grubsza pasują do siebie i pokrywają powierzchnię Ziemi.

Panele nie są zamocowane. Zamiast tego poruszają się. Czasami jest to najmniejszy ułamek cala na przestrzeni lat. Innym razem ruch jest większy i jest bardziej nagły. Ten rodzaj ruchu jest przyczyną trzęsień ziemi i erupcji wulkanów.

Co więcej, ruch płyt jest kluczowym i być może niezbędnym czynnikiem napędzającym ewolucję życia na Ziemi, ponieważ poruszające się płyty zmieniają środowisko i Zmuszanie życia do przystosowania się do nowych warunków.

Będziesz zdumiony całym życiem, które dzieje się pod twoimi stopami.

Ogrzewanie jest włączone

Ruch płyty wymaga ocieplanego płaszcza. Rzeczywiście, w miarę zagłębiania się w ziemię temperatura wzrasta.

Na dnie płyt, na głębokości około 60 mil (100 kilometrów), temperatura wynosi około 2400 stopni.[{” attribute=””>Fahrenheit (1,300 degrees Celsius).

By the time you get to the boundary between the mantle and the outer core, which is 1,800 miles (2,900 kilometers) down, the temperature is nearly 5,000 °F (2,700 °C).

Then, at the boundary between outer and inner cores, the temperature doubles, to nearly 10,800 °F (over 6,000 °C). That’s the part that’s as hot as the surface of the Sun. At that temperature, virtually everything – metals, diamonds, human beings – vaporizes into gas. But because the core is at such high pressure deep within the planet, the iron it’s made up of remains liquid or solid.

Bez tektoniki płyt ludzie prawdopodobnie by nie istnieli.

kolizja w kosmosie

Skąd bierze się całe to ciepło?

To nie od słońca. Chociaż ogrzewa nas oraz wszystkie rośliny i zwierzęta na powierzchni Ziemi, światło słoneczne nie może przeniknąć przez wiele mil do wnętrza planety.

Są raczej dwa źródła. Jednym z nich jest ciepło odziedziczone przez Ziemię podczas jej formowania się 4,5 miliarda lat temu. Ziemia jest utworzona z mgławicy słonecznej, gigantycznej chmury gazu, pośród niekończących się kolizji i łączenia kawałków skał i gruzu. Nazywa się je planetozymalami. Proces ten trwał dziesiątki milionów lat.

Podczas tych zderzeń wytworzyła się ogromna ilość ciepła, wystarczająca do stopienia całej Ziemi. Chociaż część tego ciepła została utracona w kosmosie, to, co z niego zostało, zostało uwięzione w Ziemi, gdzie większość pozostaje do dziś.

Kolejne źródło ciepła: rozpad izotopów promieniotwórczych, które są wszechobecne na Ziemi.

Aby to zrozumieć, najpierw wyobraź sobie przedmiot Jako rodzina, której członkami są izotopy. Wszystko[{” attribute=””>atom of a given element has the same number of protons, but different isotope cousins have varying numbers of neutrons.

Radioactive isotopes are not stable. They release a steady stream of energy that converts to heat. Potassium-40, thorium-232, uranium-235, and uranium-238 are four of the radioactive isotopes keeping Earth’s interior hot.

Some of those names may sound familiar to you. Uranium-235, for example, is used as a fuel in nuclear power plants. Earth is in no danger of running out of these sources of heat: Although most of the original uranium-235 and potassium-40 are gone, there’s enough thorium-232 and uranium-238 to last for billions more years.

Along with the hot core and mantle, these energy-releasing isotopes provide the heat to drive the motion of the plates.

No heat, no plate movement, no life

Even now, the moving plates keep changing the surface of the Earth, constantly making new lands and new oceans over millions and billions of years. The plates also affect the atmosphere over similarly lengthy time scales.

But without the Earth’s internal heat, the plates would not have been moving. The Earth would have cooled down. Our world would likely have been uninhabitable. You wouldn’t be here.

Think about that, the next time you feel the Earth under your feet.

Written by Shichun Huang, Associate Professor of Earth and Planetary Sciences, University of Tennessee.

Adapted from an article originally published in The Conversation.