科學家告訴我們,按從外到內的順序,地球可以分為地殼、地幔和地核,隨著深度的增加,溫度也會不斷地提升,以至于地核的溫度超過了6000℃。所以這個溫度是怎麼測量出來的呢?
想要知道地核的溫度,最直接的方法就是在地球上挖一個直達地核的洞,然而對于人類而言,這種方法根本就不可能實現,要知道地球的半徑大約有6371公里,而迄今為止,人類在地球上挖得最深的洞也就12公里多一點,這樣的深度,甚至連地球的地殼都沒有挖穿。
那麼問題就來了,連地殼都挖不穿的人類,為什麼會知道地核的溫度超過了6000℃呢?其實這是科學家推測出來的結果,下面我們就來看一下這具體是怎麼回事。
雖然我們無法挖掘到地球深處,但是我們還是可以通過其他的途徑去了解地球內部的情況,其中一個重要的途徑就是:地震波。
在地球表面某處發生地震的時候,會產生大量的地震波,當這些地震波在地球內部傳播時,其傳播路徑、頻率、振幅、相位以及強弱程度等參數,都會隨著地球內部物理特征的變化而出現相應的改變,通過對地震波在地球內部的具體傳播情況進行監測,我們就可以知道地球內部的質量分布以及物質組成。
這種方法看上去似乎比較簡單,但實際上,這需要大量的時間去累積數據,同時還需要相關理論的發展與完善。隨著時間的推移,科學家逐漸搞清楚了地球的內部結構可分為地殼、地幔和地核。
更重要的是,科學家發現地核又可以分為液態的外核和固態的內核,而在外核和內核的交界區域,地震波的傳播存在著一個輕微的漸進過程,這就意味著,這片區域中的物質溫度就應該是一個固定的值。
為什麼這麼說呢?這可以通過一個常見例子來說明,在日常生活中,假如我們把一些固態的冰塊跟液態的水混合,那麼當冰塊和水達到穩定共存的狀態時,其溫度就是一個固定的值,比如說在一個標準大氣壓下,穩定存在的冰水混合物溫度就是0℃。
之所以會這樣,其實是因為如果溫度高了,冰就會融化并吸收熱量,如果溫度低了,水則會結冰并放出熱量,當冰水混合物達到熱平衡狀態時,其溫度就會固定為冰的熔點。
因此可以說,既然外核和內核的交界區域,穩定存在著固態物質和液態物質的混合物,那這里的溫度也是一個固定的值。 從理論上來講,我們只需要確定了這個值,就可以將其作為參考,然后再結合相關理論(如行星物理學、熱力學等),就可以計算出整個地核的溫度曲線。怎麼確定呢?
在過去的日子里,科學家已經分析出地核的主要成分是鐵和鎳,其外核和內核交界區域的深度約為5150公里,而根據地球內部的質量分布,可以計算出該區域的壓強約為329Gpa。
所以我們只需要在實驗室中創造出329Gpa的高壓環境,就可以直接測量出與地核成分相同的物質在這種高壓環境中的熔點,而這個熔點,就可以認為是外核和內核交界區域的溫度。
需要知道的是,329Gpa大概相當于325萬個標準大氣壓,想要在實驗室中創造出這種壓強,并讓它穩定地存在一段時間,其難度是相當大的。
所以直到進入21世紀之后,科學家才測量出在329Gpa的高壓環境中,地核物質的熔點約為5430℃,并據此計算出,地核最外側的溫度在4000℃左右,而地核中心位置的溫度則可以高達6800℃,考慮到測量的誤差,通常的說法就是:地核的溫度超過了6000℃。