なぜ地球の内部は何十億年もの間、太陽の表面と同じくらい高温であったのでしょうか?

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私たちの地球はタマネギのような構造になっており、層が次々と重なっています。

上から下に地殻があり、これにはあなたが歩く表面も含まれます。さらにその下にはマントルがあり、ほとんどが固い岩でした。さらに深いところには、液体の鉄でできた外核があります。そして最後に、内核は固体の鉄でできており、半径は月の 70% です。深く潜れば潜るほど、核の部分は太陽の表面と同じくらい熱くなります。

地球の中心への旅

私は地球惑星科学の教授として、私たちの世界の内部を研究しています。医師が超音波検査と呼ばれる技術を使用して超音波で体内の構造の画像を作成できるのと同じように、科学者も同様の技術を使用して地球の内部構造を画像化します。しかし、地球科学者は超音波の代わりに地震波、つまり地震によって生成される音波を使用します。

地球の表面には、当然のことながら、土、砂、草、舗道が見えます。地震の振動によって、その下にあるもの、つまり大小の岩石が明らかになります。これはすべて地殻の一部であり、20 マイル (30 キロメートル) まで下る可能性があります。マントルと呼ばれる層の上に浮かんでいます。

通常、マントルの上部は地殻と一緒に移動します。それらを合わせてリソスフェアと呼ばれ、その厚さは平均で約 60 マイル (100 キロメートル) ですが、場所によってはさらに厚くなる場合もあります。

リソスフェアはプレートと呼ばれるいくつかの大きなブロックに分かれています。たとえば、太平洋プレートは太平洋全体の下にあり、北米プレートは北米の大部分を覆っています。プレートはパズルのピースのようなもので、大まかに組み合わせて地球の表面を覆います。

プレートは静的ではありません。代わりに、彼らは動きます。場合によっては、何年にもわたって数インチの最小値になることもあります。また、より動きが激しく、より突然である場合もあります。このような動きが地震や火山の噴火を引き起こすのです。

さらに、プレートの移動は環境を変化させ、生命を新たな条件に適応させるため、プレートの移動は地球上の生命の進化を促す重要な、おそらく不可欠な要素です。

暑くなってきました

プレートの運動には熱いマントルが必要です。そして確かに、地球の奥深くに行くにつれて、温度は上昇します。

プレートの底の深さ約 60 マイル (100 キロメートル) では、温度は約 2,400 度 (摂氏 1,300 度) です。

1,800マイル（2,900キロメートル）下にあるマントルと外核の境界に到達するまでに、気温は5,000°F（2,700度）近くになります。

次に、外核と内核の境界では温度が 2 倍になり、約 10,800 F (6,000 ℃ 以上) になります。それは太陽の表面と同じくらい熱い部分です。その温度では、金属、ダイヤモンド、人間など、事実上すべてのものは蒸発してガスになります。しかし、核は惑星の深部で非常に高圧にあるため、核を構成する鉄は液体または固体のままです。

宇宙空間での衝突

その熱はどこから来るのでしょうか？

それは太陽から来たものではありません。太陽光は私たちと地表のすべての植物や動物を暖めますが、地球の内部の何マイルにもわたって太陽光を浸透させることはできません。

代わりに、ソースが 2 つあります。 1つは、45億年前の地球形成時に地球が受け継いだ熱です。地球は、微惑星と呼ばれる岩石や破片の間の終わりのない衝突と合体の間に、巨大なガス状の雲である太陽系星雲から作られました。このプロセスには数千万年かかりました。

これらの衝突では、地球全体を溶かすのに十分なほどの膨大な量の熱が発生しました。その熱の一部は宇宙で失われましたが、残りは地球の内部に閉じ込められ、現在でもその大部分が地球に残っています。

もう 1 つの熱源は、地球上のあらゆる場所に分布する放射性同位体の崩壊です。

これを理解するには、まず元素を同位体をメンバーとする族として想像してください。特定の元素のすべての原子は同じ数の陽子を持っていますが、異なる同位体は異なる数の中性子を持っています。

放射性同位体は安定ではありません。熱に変換されるエネルギーの安定した流れを放出します。カリウム 40、トリウム 232、ウラン 235、およびウラン 238 は、地球内部の温度を維持する 4 つの放射性同位体です。

これらの名前の中には、聞き覚えのある名前もあるかもしれません。たとえば、ウラン 235 は原子力発電所の燃料として使用されます。地球はこれらの熱源を使い果たす危険はありません。元のウラン 235 とカリウム 40 のほとんどは失われていますが、トリウム 232 とウラン 238 はあと数十億年は生き続けるのに十分な量があります。

熱い核とマントルとともに、これらのエネルギー放出同位体は、プレートの運動を駆動するための熱を提供します。

熱もプレートの動きも生命も存在しない

今でもプレートの移動は地球の表面を変化させ続け、何百万年、何十億年にもわたって新しい土地と新しい海を作り続けています。プレートは同様に長い時間スケールで大気にも影響を与えます。

しかし、地球の内部熱がなければ、プレートは動かなかったでしょう。地球は寒冷化したでしょう。私たちの世界はおそらく居住不可能になっていたでしょう。あなたはここにはいないでしょう。

今度足の下に地球を感じるとき、そのことを考えてみてください。

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この記事は、複雑な世界を理解するのに役立つ事実と信頼できる分析を提供する非営利の独立系報道機関である The Conversation から再公開されたものです。作者: Shichun Huang テネシー大学

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Shichun Huang は、この記事から利益を得るであろういかなる企業や組織で働いたり、コンサルティングしたり、株を所有したり、資金を受け取ったりすることはなく、学術上の任命以外の関連する所属も明らかにしていません。