Sự Tiến Hóa Nhiệt của Trái Đất

Kể từ khi hình thành nóng, Trái Đất đã nguội đi do đối lưu nhiệt từ bên trong, một lịch sử nhiệt dài chi phối sự chậm lại của kiến tạo mảng, sự phát triển của lõi trong và tuổi thọ của từ trường.

Definition

Sự tiến hóa nhiệt của Trái Đất là sự thay đổi thế tục về nhiệt độ và hàm lượng nhiệt của nội thất của nó qua thời gian địa chất, được thiết lập bởi sự cạnh tranh giữa sự tạo nhiệt bên trong và sự mất nhiệt đối lưu, điều này kiểm soát lịch sử đối lưu manti, sự nguội đi của lõi và từ trường.

Scope

Chủ đề này bao gồm lịch sử nhiệt dài hạn của Trái Đất: sự cân bằng giữa nhiệt được tạo ra bởi phóng xạ và các nguồn nguyên thủy với nhiệt bị mất ở bề mặt, các mô hình tham số hóa về cách nhiệt độ manti và cường độ đối lưu tiến hóa, và sự nguội đi của lõi thúc đẩy sự phát triển của lõi trong và địa động lực. Nó đề cập đến ràng buộc rằng sự mất nhiệt đối lưu phụ thuộc vào độ nhớt của manti và do đó là nhiệt độ, sự ghép nối nhiệt của manti và lõi, và những hàm ý đối với lịch sử kiến tạo và từ trường của hành tinh. Trọng tâm là cách nhiệt bên trong của Trái Đất đã thay đổi qua hàng tỷ năm.

Core questions

• Sự cân bằng giữa tạo nhiệt và mất nhiệt đã thay đổi như thế nào trong lịch sử Trái Đất?
• Độ nhớt phụ thuộc nhiệt độ điều hòa sự nguội đi của manti như thế nào?
• Sự nguội đi của lõi thúc đẩy sự phát triển của lõi trong và địa động lực như thế nào?
• Sự tiến hóa nhiệt có ý nghĩa gì đối với lịch sử kiến tạo mảng?

Key concepts

• Sự nguội đi thế tục và cân bằng nhiệt của Trái Đất
• Các mô hình đối lưu tham số hóa
• Độ nhớt phụ thuộc nhiệt độ và tự điều hòa
• Sự nguội đi của lõi và sự phát triển của lõi trong
• Lịch sử nhiệt của kiến tạo mảng

Key theories

Làm mát đối lưu tham số hóa

Bởi vì sự mất nhiệt đối lưu tăng theo nhiệt độ manti thông qua sự phụ thuộc nhiệt độ của độ nhớt, manti tự điều hòa: một manti sớm nóng hơn đối lưu và nguội nhanh hơn, vì vậy các mô hình tham số hóa thông lượng nhiệt so với số Rayleigh để theo dõi lịch sử nguội đi của hành tinh.

Sự nguội đi của lõi và địa động lực

Khi manti hút nhiệt từ lõi, lõi nguội đi và lõi trong kết tinh, giải phóng năng lượng tiềm ẩn và hấp dẫn giúp cung cấp năng lượng cho địa động lực; thời điểm hình thành lõi trong là một ràng buộc quan trọng đối với lịch sử lâu dài của từ trường.

Mechanisms

Trái Đất bắt đầu nóng từ quá trình bồi tụ và hình thành lõi và kể từ đó đã mất nhiệt nhanh hơn lượng phóng xạ cung cấp, vì vậy nó đang nguội dần; bởi vì độ nhớt của manti giảm khi nhiệt độ tăng, một manti nóng hơn sẽ đối lưu mạnh hơn và nguội nhanh hơn, cung cấp phản hồi tiêu cực làm mịn quá trình nguội đi, trong khi nhiệt được rút ra từ lõi làm giảm nhiệt độ của nó, làm đóng băng lõi trong và duy trì sự đối lưu thúc đẩy từ trường.

Clinical relevance

Sự tiến hóa nhiệt liên kết ngân sách năng lượng của Trái Đất với lịch sử và tương lai của kiến tạo mảng, hoạt động núi lửa và từ trường, tạo khung so sánh với lịch sử khác biệt của Sao Kim và Sao Hỏa, và liên quan đến khả năng sinh sống lâu dài của hành tinh.

History

Tính toán sự nguội đi của Kelvin đã đưa ra một tuổi rất thấp cho Trái Đất trước khi phóng xạ được biết là cung cấp nhiệt bên trong; các mô hình đối lưu tham số hóa hiện đại từ cuối thế kỷ XX, cùng với các ràng buộc về sự phát triển của lõi trong và năng lượng lõi, đã thiết lập bức tranh hiện tại về một hành tinh tự điều chỉnh, nguội dần.

Debates

Tuổi của lõi trong và ngân sách nhiệt của lõi

Các ước tính sửa đổi về độ dẫn nhiệt cao của lõi ngụ ý sự mất nhiệt nhanh chóng và một lõi trong trẻ về mặt địa chất, đặt ra câu hỏi về cách địa động lực được cung cấp năng lượng trước khi hình thành lõi trong và thúc đẩy các đề xuất như một đại dương magma đáy hoặc các nguồn năng lượng thành phần thay thế.

Key figures

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

Seminal works

• schubert2001
• jaupart2011
• labrosse2007

Frequently asked questions

Trái Đất có đang nguội đi không?

Có, qua hàng tỷ năm, Trái Đất đang dần mất nhiều nhiệt hơn lượng phóng xạ của nó tạo ra, vì vậy nội thất của nó đang dần nguội đi; sự nguội đi này thúc đẩy sự đóng băng của lõi trong và, trong tương lai rất xa, sẽ làm suy yếu sự đối lưu cung cấp năng lượng cho kiến tạo mảng và từ trường.

Sự nguội đi của Trái Đất liên quan đến từ trường của nó như thế nào?

Sự nguội đi của lõi cho phép lõi trong kết tinh, giải phóng nhiệt và các nguyên tố nhẹ khuấy động lõi ngoài lỏng; sự đối lưu này là thứ duy trì địa động lực, vì vậy sự tiến hóa nhiệt của hành tinh có liên quan chặt chẽ đến cường độ và sự tồn tại của từ trường.