地球的內部對人類來說一直都很神秘。
在山脈、海洋和薄薄的的地殼下面,是由岩石圈構成的緩慢流動的地幔,地幔的下面是地核。
地核分為內核和外核,在沸騰的液態鐵構成的外核裡面,是一個冥王星大小的固態鐵球(鐵、鎳和少量其他元素),也就是內核。
根據現有的證據表明,地球的內核溫度將近6000℃,為什麼在這種高溫下,內核卻能保持固態而不融化呢?
在回答這個問題前,我們要先了解下金屬原子的排列方式。根據溫度和壓力的不同,金屬原子的排列方式也不同。
在常溫常壓下,鐵原子以整齊的體心立方晶格方式排列,即立方體8個頂點的鐵原子包圍中心的1個鐵原子。
在超高壓下,鐵原子則是以密排六方結構排列,即每個中心的鐵原子被12個其他的鐵原子包圍,這種結構密度更大,也更穩定。
而地球核心的壓力有多大呢?差不多是地球表面大氣壓的350萬倍。
所以一直在很長一段時間裡,人們都理所當然地認為地球核心的鐵是以密排六方結構排列的。
但隨著對地球內部的進一步研究,越來越多的證據表明,地球內部的鐵不是以密排立方結構排列的,而是體心立方晶格的方式排列的,這和我們平時接觸的鐵的排列方式是一樣的。
為什麼在那麼高壓下,鐵原子的排列方式卻沒有改變呢?
原因就在於高溫。我們知道鐵的熔點是1538℃,高於這個溫度,液態鐵中鐵原子就處於高速移動的狀態,而不以晶體的方式排列了。
我們前面說過,高壓狀態下的密排六方結構非常穩定,穩定就意味著不會移動。
而高溫下,鐵原子有非常強烈的移動慾望,因此,它們不願意以這種方式排列。
那以體心立方晶格排列的鐵原子就能移動嗎?是的。
在高溫高壓下,地球固態內核中的鐵原子在做高速移動,但與此同時,它們還按照體心立方晶格的方式排列的。
打個比方,這就像是一副處於高速洗牌狀態的撲克牌,雖然每張牌的位置在不停的改變,但它還是一副完整的牌。
這就是地球的核心為什麼還是固態的原因,和普通的固態鐵球不同的是,它是一個密度超高,內部鐵原子在高速移動的固體鐵球。
而這個固態內核目前還在以每年1毫米的速度變大,在遙遠的將來,整個液態的外核都會“凍結”成固態,地球也將慢慢“熄滅”。
地核一旦冷卻下來,地球的磁場將會隨之消失,而磁場是我們免遭太陽風侵襲的防護罩。可以說,沒有了磁場,生命就無法存活下來。
我們的鄰居火星,就在數億年前因為地核冷卻,導致磁場消失。原本有著河流和海洋的星球,變成了今天的荒涼世界,或許,那裡曾經也有過生命,只是由於母星過早地“熄滅”而全部滅絕了。
從這個角度講,火星或許不是我們太空移民的最佳選擇,但考慮到距離我們最近的恆星也有4.2光年之遠,因此,在未來很長的一段時間裡,火星是我們太空移民的唯一選擇。
如何克服太陽風的侵襲是火星移民的最大難題。
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