地球的演化史，是一段不断冷却的故事。
45亿年前，刚刚形成不久的地球表面温度非常极端，它被岩浆的深海覆盖着。这一时期被地质学家称为冥古宙（Hadean Eon），这个词来自希腊神话中的冥王哈迪斯（Hades），你可以从中想象出当时的地球那种熔岩炼狱般的景象。
冥古宙的艺术家畅想图。| 图片来源：Tim Bertelink via Wiki under CC BY-SA
但随着时间的推移，地球表面逐渐冷却，形成了一个脆性的地壳。然而，从地球内部散发的巨大热能仍在驱动着一种动态过程的发生，比如地幔对流、板块构造和火山活动。
但仍然没找到答案的问题是，地球冷却的速度究竟有多快，这种持续的冷却还需要多长时间才可能让那些地球内部的热驱动的过程停止？
现在，一个国际研究团队已经开发了一个精密的测量系统，让他们能够在实验室里，模拟地球内部普遍存在的高温高压条件并测量特定矿物在这种条件下的热性质，为探索这个问题的终极答案打开了一扇门。
极端条件下的导热率
科学家一直怀疑，关于地球冷却的答案可能在于形成地核和地幔之间边界的矿物的导热率。
这是因为，正是在这里，地球地幔的黏滞岩石与地球外核的热铁镍熔体直接接触。这两层之间的温度梯度非常明显，所以这里可能存在大量的热流动。
边界层主要是由一种被称作布氏岩（Bridgmanite）的矿物形成的。这是一种前几年才被正式命名的矿物，为了纪念对高压物理学做出奠基贡献的诺贝尔物理学奖得主珀西·布里基曼（Percy Bridgman）而得名。
虽然这种矿物在地球内部广泛存在，但直到过去一段时间，研究人员才有机会近距离研究并了解它的化学组成。但研究人员仍旧很难估计这种矿物从地心向地幔传导了多少热量，因为实验验证极其困难。
在这项新的研究中，研究团队为了进行测量，在一个用脉冲激光加热的钻石装置中使用了最近开发的光学吸收测量系统。
确认布氏岩在极端高温高压条件下导热率的测量仪器。| 图片来源：Murakami M, et al, 2021
这个系统让他们发现，布氏岩的导热率比先前假设的要高大约1.5倍。这说明，从地核进入地幔的热流也应该比以前认为的要大。
更大的热流反过来增加了地幔对流，加速了地球的冷却。这可能导致由地幔的对流运动维持的板块构造，比研究人员根据以前的导热率值所预期的减速更快。
团队还发现，地幔的快速冷却将改变地核-地幔边界的稳定矿物相。当它冷却时，布氏岩会变成后钙钛矿。
但研究人员估计，一旦后钙钛矿出现在地核-地幔边界，并开始占据主导地位，地幔的冷却可能确实会进一步加快，因为这种矿物的导热效率甚至比布氏岩更高。
地球动态演变的新视角
科学家表示，这项新结果可以向我们展现一个关于地球动态演变的新视角。
它还说明，地球，像其他岩石行星水星和火星一样，正在冷却并变得不活跃，这个过程比预期的快得多。
然而，我们还很难说，像地幔对流这类过程真正停止还需要多长时间，因为我们对这些类型的事件仍然缺乏足够的认识。
想要真正评估这些方面，科学家首先需要更好地了解地幔对流在空间和时间上是如何运作的。此外，科学家需要澄清地球内部放射性元素的衰变，也就是热量的主要来源之一，是如何影响地幔的动态的。
#创作团队：
撰文：Måka
排版：雯雯
#参考来源：
https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2022/01/earth-interior-is-cooling-faster-than-expected.html
https://www.nationalgeographic.com/science/article/140618-bridgmanite-new-mineral-meteorite-geology-earth-science
#图片来源：
封面图：OpenClipart
首图：University of Bern
发表于 2022-1-29 03:35
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