科技日報實習記者 張佳欣
瑞士蘇黎世理工大學的研究人員在實驗室中展示了地核和地幔交界處常見的一種礦物——布氏巖是如何很好地傳導熱量的。實驗結(jié)果表明，地球內(nèi)部熱量的消散速度可能會比之前想象的更快。研究結(jié)果發(fā)表在近日的《地球與行星科學快報》上。
地球的進化伴隨著冷卻：45億年前，年輕的地球表面普遍存在極端溫度，它被一片深厚的巖漿海洋所覆蓋。在數(shù)百萬年的時間里，地球表面冷卻形成了脆弱的地殼。然而，地球內(nèi)部散發(fā)出的巨大熱能引發(fā)了地幔對流、板塊構(gòu)造和火山活動等動態(tài)過程。
然而，地球冷卻的速度有多快，以及這種持續(xù)的冷卻可能需要多長時間才能使上述的熱驅(qū)動過程停止，這些問題一直沒有得到回答。一個可能的答案在于形成地核和地幔邊界的礦物的熱導率。
在地核和地幔交界處，地幔的粘性巖石與地球外核熾熱的鐵鎳熔體直接接觸。兩層之間的溫度梯度十分“陡峭”，因此這里可能有較大的熱傳導。邊界層主要由礦物布氏巖形成。然而，科學家很難估計這種礦物從地核到地幔傳導了多少熱量，因為實驗驗證非常困難。
現(xiàn)在，研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種復雜的測量系統(tǒng)，能在實驗室中測量布氏巖在地球內(nèi)部一般壓力和溫度條件下的熱導率。他們發(fā)現(xiàn)，布氏巖的導熱系數(shù)大約是假設(shè)的1.5倍。這表明從地核到地幔的熱傳導也比之前認為的要高。更大的熱流反過來會增加地幔對流，加速地球的冷卻。這可能會導致由地幔對流運動保持的板塊構(gòu)造減速，速度比研究人員根據(jù)之前的熱傳導值預(yù)期的要快。
研究還表明，地幔的快速冷卻將改變地核和地幔邊界的穩(wěn)定礦物相。冷卻后，布氏巖變成后鈣鈦礦相的礦物。但研究人員估計，一旦后鈣鈦礦出現(xiàn)在核幔交界處并開始占據(jù)主導地位，地幔的冷卻速度確實可能會進一步加快，因為這種礦物的導熱效率比布氏巖更高。
研究人員表示，這一結(jié)果可能會讓我們對地球動力學的演化有一個新視角。它表明，地球和其他巖石行星如水星和火星一樣，正在冷卻和變得不活躍的速度比預(yù)期的要快得多。
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