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地核有没有可能是气态的?

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有这样一个问题,有没有可能,我是说有没有这么一种可能,地核有可能是气态的?
反对的同学你先坐下,别急着跳,步一步一步走,话一句一句说,这件事情很复杂,我们慢慢来讨论这个事情。
从哪里开始呢?先从一团等离子体开始吧。
很久很久以前,有一小团等离子体从太阳里剥离了出来,它被赶出了太阳的身体,独自流浪在了虚空之中,但是它的速度有限,没能逃离太阳引力的掌控,只能在无穷无尽的空间和时间里绕着太阳转。可能是太阳太孤独了,想找几个伙伴陪着他吧。
我们先假设这团等离子体的体积是地球的400倍吧。一开始它跟太阳一样也是有热核反应的,但是在时间漫漫长河里,它的燃料逐渐燃烧殆尽,变成了一团没有热核反应的等离子气团。虚空中是极其寒冷的,它本身跟太阳一样是有对流层的,外表的等离子体冷却到了6000K,密度变大,沉到了体表以下重新被加热到15000K,又重新上浮,循环往复。有热核反应的时候,还能保持温度和体态,热核反应停止的时候,平衡被破坏,慢慢的,它的温度开始下降了。
什么是热平衡?热平衡是今天要讨论的问题的基础,简单来说是整个系统达到一个热力平衡的状态,也就是产热等于散热,通过热传导、热辐射和热对流这三种热传递方式,将热量由高温物体传导至低温物体,并且达到了平衡的状态。以太阳来说就是分成了辐射区和对流区,详见太阳对流层。表面温度也只有6000K。由产热的核心往外的温度依次降低,并且稳定不变的状态。辐射区和对流区,一直在散热,但也同时保护了核心区不会一下子把温度散干净,是散热的作用,同时也起到了保温的作用,不会把热量一下散干净,散热是一个循序渐进的过程。

回到刚才,等离子团的热核反应停止了,不再产热,只有散热,不知过了几十亿年,它表面的温度从6000K逐渐下降到了5000K、4000K、3000K,体内的温度也随着下降。当表面温度稳定在3000K左右的时候,事情发生了些变化,表面的等离子体中的一部分发生了液化,成为了液态的金属,液态金属的密度更大。以前是等离子体的时候,散热主要靠气体对流,温度由外到内是逐渐升高的,6000K,15000K,15兆K之类的,但3000K金属液化这个事情就有点过分了,液态的金属直接降落到了等离子气团的内部,然后再被气化,这直接导致了温度降的更快,强烈的金属暴风雨席卷了整个等离子气团。
降雨降到什么时候呢?要想搞明白这个问题,得先知道雨滴最终会落到什么地方。因为是离子气团,压力越大密度越高。但是同样的,温度越高,压强就越大。这就比较矛盾了,内部压强高,但是温度也高,此消彼长,并不能确定究竟是不是匀质的,哪里高哪里低也不能确定。先假设是匀质的好了,如果是匀质的,雨滴最终会落到中心。但因为热平衡的性质,中心区的温度是最高的,而且去往中心的路上温度是逐渐升高的,所以,在对流层触及到核心之前,雨滴是不会降落进核心里的。而且,因为对流层的存在,气化的金属会不断的气化、液化,就像是雨下了干、干了下一样。所以,对流层会一直加厚,持续的往内部延伸。
然后现在就出现了另外一个问题。本来,等离子态是气态的,金属液化之后,这一部分的体积缩小了400倍,整个等离子团就会压缩,压缩量取决于同时存在多少液态金属。比如说,对流层延伸到了2/3半径处,此时,对流层里存在了大量的正在下落的液态金属雨,整个等离子团体积缩小到了原先的1/20。这就来到了今天讨论的问题的关键,整个等离子团不再是匀质的了。环形的对流层里的密度比核心密度的大多了。

以前匀质的时候,如下图所示,a点的受力,左边右边两个球型的引力互相抵消,右边远处还有一部分,会把a往右拉,所以a最终会停在圆心处。

但现在情况不一样了,环形的对流层占据了质量的大多数,绿a的受力会受右边的多一点,最终会停在环形内边靠外一点的位置,也就是雨滴将不会再继续下落到核心。bingo!炸雷了!

最终结果是,核心依然是核心,温度依然是极高的,核心外围会有一圈液态金属,再往外就是对流层。对流层持续的散热,最终,当对流层中的金属全部液化完成之后,它的温度才可以继续往下降。

于是我们来到了等离子团的B状态,然后降温继续。
等离子团外表面降到了1500K,此时,各类岩石开始液化。
于是整个等离子团又开始席卷岩浆雨。
于是液态金属外圈又多了一圈岩浆,但是岩浆的温度比金属液化的温度要低,所以岩浆和金属交接区是固态金属和液态岩浆的混合,但是固态金属的密度比液态金属要大,所以液态金属内部会有金属不断的凝固下沉融化。这都是在同步进行的。越靠近核心温度越高,各种物质的状态也就不一样,凝固下沉融化下沉气化-气化上升液化上升凝固,循环往复,反正都是热平衡跟热传递方式搞的鬼。
然后继续,外面的等离子体的各类岩石持续液化,最终来到了C状态:

然后最后剩余的等离子体按照气化和液化的温度不同依次堆叠在了球体表面,然后星球出现了。

当这个等离子团中的主要物质都固化完成之后,因为少了对流作用,所以它的温度将会降的很慢了,从内到外按温度不同排成了一个相对稳定的状态。而且,因为气体对流层不会侵入到固态岩石以下,所以外表壳的保温作用会相当持久,不会像之前金属雨那样入侵核心,最终可能不知道需要几十几百亿年才会完全冷却。那么回到最初的问题,这有可能是地球吗?

我知道有人等了好久了,地球内核的核心部分是能传波S波的,这个高温高压的等离子体,问题太复杂了,我倾向于是压出了固态氢。因为刚才说过,重力的终点不是在球心,之前是在液态金属那里,现在应该是在固态金属那里了,所以内核的密度由外到内是逐渐降低的,密度最低的在最中间,很大概率氢会集中过去,然后被压成固态金属。密度够小的话可能可以稳定存在。然后又由于内核受力是平衡的,各个方向的重力相互抵消,是失重状态,所以可以更稳定。我猜的。
还有另外一个问题。虽然重力最终的终点是外核附近一圈,但是左边和右边、上边和下边还是会互相吸引,所以这一圈还是会给内核压力向内压缩内核。就好比10个月球围成一圈,每个月球表面的东西都会被月球重力吸引,但是月球们还是会相互吸引,内核这个也是同样的道理,只是内核是气态的,密度小于液态金属,所以会在金属在下层,等离子体在上层,也就是液态靠近重力终点,气态靠近内核。至于这么大压强下,还是不是气态的等离子体?首先,内核的温度得足够高,才能维持等离子体状态,要是温度降下来,就会变成液态的金属、固态金属、液态岩石、固态岩石等,一层一层的糊在内核和外核交界处,直到最终完全冷却固化。其次,这么大压强,还是不是气态的等离子体?我没办法回答这个问题,我也不知道答案,只能猜测它还可以保持气态等离子体,就像我们开始的时候猜测它是等离子体团一样。类似的问题跟太阳内部是不是等离子体一样,太阳内部的压力更大,要是说太阳可以保持等离子体态,那地球核心没理由不可以保持,无非就是温度低了点,但压强也低了,总会有一个合适的温度让它保持等离子态。但太阳内部是啥样我们也不清楚,所以我这里猜测地球内部是气态等离子体。
然后我还有个问题,有没有可能,我是说可能,内核的核反应并没有完全熄灭?当初只是发热效率下降了,然后才发生了这一切,但是最核心的部分,核反应依然在继续?只是产生的热量只够维持内部是等离子体,而不够扩大更大范围的等离子态?
然后还有个小问题,液态金属和固态金属以及岩浆和岩石的密度是不一样的,也就是说在冷却的过程中体积是变化的,而且还有热胀冷缩的作用,也就是说地球的外形是一直在变化的,具体怎么个变化法我也不知道。可能一个过程是在变大,另一个过程是在变小,变来变去的反正。不过因为内核是气态,冷却过程中总体趋势还是体积缩小的,无非是部分固态密度小于液态的材质固化的时候球体体积会膨胀。
想说的就这些,茶余饭后对于星球的幻想,闲来无事,码码文字,希望给屏幕前的你一点一点启发。


IP属地:山东1楼2023-04-12 09:45回复
    班门弄斧,还请见谅


    IP属地:山东3楼2023-04-12 09:54
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      B状态的等离子体团应该是类似气球的性质,外圈的液态金属想要聚拢,但是内圈的等离子气团因为密度不同重力不同被憋在里面跑不出来,最终结果就是个没有开口的气球。除非,“气球”内部的压强足够大,大到可以冲破液态金属的禁锢,然后喷出一部分高温气态等离子体,“泄气”了之后压力又不够了就又能稳定了。然后喷出的这部分气态等离子体,在喷出过程中也在不断降温、液化,可能的最终结果是地幔柱?


      IP属地:山东8楼2023-04-12 16:34
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        没看过这方面的文献


        IP属地:湖北来自Android客户端9楼2023-04-13 09:34
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          不可能,核部密度最大


          IP属地:河北来自iPhone客户端10楼2023-04-13 17:07
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            甚至地震波S波能在内核传播也可能只是内核介质的不均匀导致了折射率不同,根本就没有S波,只是P波的折射率变化了造成有S波的假象。


            IP属地:山东11楼2023-04-14 10:50
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