5500摄氏度,地核高温之谜如何破解

来源:环球时报2026-05-28 09:43

【环球时报特约记者 陈山】科学家们普遍承认,人类对地球内部的了解,还远远比不上太空。英国“生活科学”网站26日提出一个有意思的疑问:既然无法深入地下直接测量,科学家是如何确定地核温度的?地球内部蕴藏的巨大热量又具有什么价值?

地球内部结构概念图(“生活科学”网站)

报道称,大约45亿年前,地球刚形成时是一个处于熔融状态的巨大岩石球。随着时间的推移,铁和镍等更重的元素沉入行星中心,形成了地球的早期地核。

如今地核仍然是地球内部一个极其炽热且致密的球体。它由液态的外核和固态的内核组成:外核起始于地表以下约2900公里,向下延伸约2200公里;内核起始于约5150公里深处,半径约为1220公里。

地球内部处于高温状态是公认的常识,但其中最热的位置在哪里?到底有多热?“生活科学”网站称,通过结合多种技术和测试,科学家估算出地核的温度与太阳表面基本相当:约5000至5500摄氏度。这一温度出现在内外地核边界,这里被认为是地核最热的部分。

令人好奇的是,科学家无法深入地下直接测量,又是如何推算出地核温度的?报道称,这一温度数值的确不是直接测量所得,而是基于科学家对地核成分的实验和理论推测得出的。通过在高压下对不同成分的铁合金进行实验室测量、对陨石成分展开分析以及研究地震波在地球内部传播时如何折射,科学家最终确定地心主要由铁(约占85%)与镍及其他较轻元素组成;外核为液态,内核为固态。

在此基础上,科学家确认地球外核主要由液态铁组成,该区域的温度必须高于铁的熔点。在地球表面,纯铁的熔点是1538摄氏度。但美国加利福尼亚大学圣克鲁斯分校的矿物物理学家昆汀·威廉姆斯表示,在地表测量所得的铁熔点并未考虑地球深处的巨大压力。压力升高会提高大多数物质的熔点,这也解释了为什么内核虽然极热,却因高压而保持固态。

为了确定在极端压力下铁的熔化温度,科学家进行了大量模拟实验。例如将一小块铁置于金刚石压砧之间施加高压,同时用激光将其加热到极高温环境;或者用能产生冲击波的射线轰击铁样品,以模拟极高压强环境。通过这些实验,研究人员将结果绘制成表,并推算内外地核边界处的压力条件,从而得出约5000至5500摄氏度的估算范围。

科学家揭示了地球独特的历史:当代理论认为,在原始地球形成过程中,可能遭到一个火星大小的天体撞击,向地球内部注入了大量热量。

报道称,确定地球内部蕴藏的巨大热量有丰富的科研价值,炽热的地核促成了地球孕育生命。与太阳系其他行星相比,地球内部保留了大量原始热量,因此地球拥有板块构造等特性——板块运动移动地表碎片,带来营养物质,创造多样的栖息地,让生命得以演化和繁盛。部分为液态的铁核心还产生了地球磁场,保护行星及其上的生命免受危险的太阳风侵袭。

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