Evolusi Termal Bumi

Sejak pembentukannya yang panas, Bumi telah mendingin dengan mengalirkan panas internal secara konvektif, sebuah sejarah termal panjang yang mengatur perlambatan tektonika lempeng, pertumbuhan inti dalam, dan umur medan magnet.

Definition

Evolusi termal Bumi adalah perubahan sekuler dalam suhu dan kandungan panas interiornya selama waktu geologis, yang ditentukan oleh persaingan antara pembangkitan panas internal dan kehilangan panas konvektif, yang mengontrol sejarah konveksi mantel, pendinginan inti, dan medan magnet.

Scope

Topik ini mencakup sejarah termal jangka panjang Bumi: keseimbangan antara panas yang dihasilkan oleh radioaktivitas dan sumber primordial serta panas yang hilang di permukaan, model terparameter tentang bagaimana suhu mantel dan kekuatan konvektif berevolusi, serta pendinginan inti yang mendorong pertumbuhan inti dalam dan geodinamo. Ini membahas kendala bahwa kehilangan panas konvektif bergantung pada viskositas mantel dan karenanya suhu, kopling termal mantel dan inti, serta implikasinya terhadap sejarah tektonik dan magnetik planet. Penekanannya adalah pada bagaimana panas internal Bumi telah berubah selama miliaran tahun.

Core questions

• Bagaimana keseimbangan pembangkitan dan kehilangan panas berubah sepanjang sejarah Bumi?
• Bagaimana viskositas yang bergantung pada suhu mengatur pendinginan mantel?
• Bagaimana pendinginan inti mendorong pertumbuhan inti dalam dan geodinamo?
• Apa implikasi evolusi termal terhadap sejarah tektonika lempeng?

Key concepts

• Pendinginan sekuler dan keseimbangan panas Bumi
• Model konveksi terparameter
• Viskositas yang bergantung pada suhu dan pengaturan diri
• Pendinginan inti dan pertumbuhan inti dalam
• Sejarah termal tektonika lempeng

Key theories

Pendinginan konvektif terparameter

Karena kehilangan panas konvektif meningkat dengan suhu mantel melalui ketergantungan viskositas pada suhu, mantel mengatur diri sendiri: mantel awal yang lebih panas berkonveksi dan mendingin lebih cepat, sehingga model memparameterkan fluks panas terhadap bilangan Rayleigh untuk melacak sejarah pendinginan planet.

Pendinginan inti dan geodinamo

Saat mantel mengekstraksi panas dari inti, inti mendingin dan inti dalam mengkristal, melepaskan energi laten dan gravitasi yang membantu menggerakkan geodinamo; waktu nukleasi inti dalam adalah kendala utama pada sejarah panjang medan magnet.

Mechanisms

Bumi dimulai dalam keadaan panas dari akresi dan pembentukan inti dan sejak itu kehilangan panas lebih cepat daripada pasokan radioaktivitas, sehingga perlahan-lahan mendingin; karena viskositas mantel menurun dengan kenaikan suhu, mantel yang lebih panas berkonveksi lebih kuat dan mendingin lebih cepat, memberikan umpan balik negatif yang menghaluskan pendinginan, sementara panas yang ditarik dari inti menurunkan suhunya, membekukan inti dalam, dan mempertahankan konveksi yang menggerakkan medan magnet.

Clinical relevance

Evolusi termal menghubungkan anggaran energi Bumi dengan sejarah dan masa depan tektonika lempeng, vulkanisme, dan medan magnet, membingkai perbandingan dengan sejarah Venus dan Mars yang berbeda, dan berkaitan dengan kelayakhunian planet jangka panjang.

History

Perhitungan pendinginan Kelvin memberikan usia yang sangat rendah untuk Bumi sebelum radioaktivitas diketahui memasok panas internal; model konveksi terparameter modern dari akhir abad kedua puluh, bersama dengan kendala pada pertumbuhan inti dalam dan energetika inti, membentuk gambaran saat ini tentang planet yang mengatur diri sendiri dan mendingin secara perlahan.

Debates

Usia inti dalam dan anggaran termal inti

Estimasi ulang konduktivitas termal inti yang tinggi menyiratkan kehilangan panas yang cepat dan inti dalam yang secara geologis muda, menimbulkan pertanyaan tentang bagaimana geodinamo ditenagai sebelum nukleasi inti dalam dan mendorong proposal seperti samudra magma basal atau sumber energi komposisi alternatif.

Key figures

• William Thomson (Lord Kelvin)
• Geoffrey Davies
• Stéphane Labrosse

Seminal works

• schubert2001
• jaupart2011
• labrosse2007

Frequently asked questions

Apakah Bumi mendingin?

Ya, selama miliaran tahun Bumi perlahan-lahan kehilangan lebih banyak panas daripada yang dihasilkan oleh radioaktivitasnya, sehingga interiornya secara bertahap mendingin; pendinginan ini mendorong pembekuan inti dalam dan, di masa depan yang sangat jauh, akan melemahkan konveksi yang menggerakkan tektonika lempeng dan medan magnet.

Bagaimana pendinginan Bumi berhubungan dengan medan magnetnya?

Pendinginan inti memungkinkan inti dalam mengkristal, melepaskan panas dan elemen ringan yang mengaduk inti luar cair; konveksi inilah yang mempertahankan geodinamo, sehingga evolusi termal planet sangat terkait dengan kekuatan dan kelangsungan medan magnet.