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标 题[摘录]地核中的同位素钾-40 与地磁关系密切(转载自中研院天文所)
发信站铭传资讯站 (Sun May 18 00:33:35 2003)
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明尼苏达大学的科学家 V. Rama Murthy 研究发现,主要以铁构成的地球核心里也有大量
的放射性钾元素,而其衰变所释出的热能正是地球自 45 亿年前形成至今,让地心维持高
温的主要能量来源。能量的总量与地球演化的历史有密切的关系,更重要的是,它决定了
地球磁场的存在。
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地球磁场阻隔了由大量带电粒子构成的太阳风,如果没有磁场,太阳风会使大气离散,地
球表面将暴露於危险的高能粒子辐射下,生命也无法生存。
来自地心的热会扰动地幔中高温的岩石,使地球表面移动,不仅造成大陆与海洋,也在地
表形成了山脉与火山等。而这项有关地核热源的新发现,将有助於解开科学家长期以来有
关驱动地幔运动来源的疑惑。
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地球内部由放射性元素加热一直是研究地球历史的一大重要问题。在十九世纪,放射性元
素被发现前不久,物理学家 Lord Kelvin 从地球冷却速率推估地球年龄仅 9800 万年,但
1907 年美国放射性元素研究先驱 B. B. Boltwood 推测地球内部的放射线元素衰变可提供
更多的热量,因此地球年龄应在数十亿年以上。类似的发现也发生在地球磁场的研究上,
一般认为,地球磁场源自液态铁核的自转,当最核心的铁固化时也会放出热,但仅靠类似
过程产生的热,却仅能维持磁场十亿年左右。
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然而,古代岩石中却保存了至少 35 亿年前地球即有磁场的证据。去年,Christine Gessm
-ann 与 Bernard Wood 提出了其余的热可能是来自地核放射性钾同位素衰变所释出能量的
说法。
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同位素钾-40 的半衰期非常长,约 12.5 亿年,足以在整个地球历史中担任产生热量的重
要角色,而且地球内部有大量的钾,但到底有多少钾能进入铁的核心则一直是个未知数,
之前的估计也呈现两种不同的结论。Murthy 的小组认为这只不过是实验上所出的问题,科
学家已经测出在类似地幔与核心边界的温度与压力环境下,有多少钾可以通过熔融态的矽
,就像地幔中的岩石,而进入富含硫的熔融态的铁,如地核。结果与 Gessmann 和 Wood
的预测相去不远。
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硫是影响钾融入铁的关键因素,科学家们相信火星铁核中的硫比地球还多,因此放射性元
素衰变在对核心加热上所扮演的角色或许更重要,这也显示在火星早期历史中,可能具有
足以保护生命生存的磁场。
资料来源:Nature News, 2003.5.8
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