研究：地球内部冷却速度超过预期

新研究发现，在地幔层和地核交界处最常见一种矿物质的导热能力比以前认知的强得多。这意味着，地球内部冷却的速度比科学家以前认为的快得多。

地球内部各层结构示意图。

现有的地球演化认知模型是，地球刚诞生的时候温度非常高，地表是一层很厚的、滚烫的岩浆海洋。后来地球逐渐冷却，才形成了外面的地壳层。然而，地核的热量还在不断向外散发，推动了地幔对流、地壳板块变动以及火山爆发等各种地质活动。

不过科学家不知道地球冷却的速度究竟怎样，也不知道在未来什么时候以上这些由热力推动的地质活动会停歇下来。科学家知道地幔和地核交界层矿物质的导热性对这个过程的速度起到关键的作用。

研究称这个交界层很关键，因为在这个区域地幔层粘稠状态的岩石和外核层所富含的高温液态铁镍合金直接接触，而这两层的温差很大，所以很多热量要穿过这个交界层，才能抵达外层。这个交界层所含的主要矿物质是布里奇曼石（bridgmanite）。但是，以前受限于实验条件，科学家难以估计这种矿物质在那样的环境下导热性究竟怎样。

现在，瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的研究人员开发了一套利用脉冲激光加热钻石容器的光吸收测量系统，能够在实验室内测量布里奇曼石在地下那样的温度和压力条件下的导热性。

主要研究者之一元彦村上（Motohiko Murakami）说：“这套测量系统显示，布里奇曼石的导热性是以前所知的1.5倍。”这意味着，从地核流向地幔的热量比以前所知的多。热对流越强，地幔对流越快，地球冷却得也越快。由于地壳板块运动也由地幔对流所推动，这可能导致地壳板块变动变快。

研究组还发现，地幔层的快速冷却还会改变布里奇曼石的状态，当它冷却后，会变成后钙钛矿（post-perovskite），而这种矿物质导热性比布里奇曼石更强。研究者认为，将来地幔和外核交界层内的后钙钛矿含量越来越多，并成为主要的矿物质的时候，地幔层冷却的速度将更快。

村上说：“新的发现让我们对地球的地质演化有了新的认识。这说明地球，也包括其它类似的岩石行星（如水星和火星），冷却的速度比我们预期的快得多。”

这份研究1月15日发表于《地球与行星科学通讯》（Earth and Planetary Science Letters）。