李务伦
与地球动力学有关新成果报道转载/李务伦
2022-2-14 10:14
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对于地球动力学,每一个治学严谨的学者的学说或成果,都是知识的结晶,尽管未必就完全正确,却是越来越接近事实与真相不可或缺的、不可逾越的历程和必要过程。如何面对已有的成果,并从这些成果中找到新的解决问题之道,即与最基本的物理化学理论建立起他们之间的联系,或是当下学者们应当思考的。跳出他人思维,或在他们的肩上,从最基本物理和化学理论去理解与解释他们的成果,并构建一个基于物理和化学的系统的地球动力架构理论,在此认为已成地球动力学发展的必要。或者说以物理、化学理论为基础的基础动力学理论已滞后于地质构造动力现象的发现,探讨发展最基本的动力学理论已成必然!

近日在网看到以下三篇报道性文章:1、地球内核并非固态而是超离子态(科技日报2022-02-10https://tech.gmw.cn/2022-02/10/content_35507173.htm);2、地球的构造活动有一个看不见的来源(来源:金鼎细说电影2022-01-28https://www.163.com/dy/article/GUPJP3RL05378PEP.html)。3、地球核心已经“泄漏”了25亿年,连科学家也不知道其中的原因(答案在这儿2022-01-21https://www.360kuai.com/pc/91b268d8949eb6d99?cota=3&kuai_so=1&sign=360_57c3bbd1&refer_scene=so_1

第一篇文章一改以往笼统说地球内核为固态,而是由固态铁和流动的轻元素组成的超离子态,这对地球动力学的研究无疑是一个好消息,与笔者根据热力学推测地球核部为超固态相合且进了一步。第三篇文章中,叙说了地球物理学家玛文·亨顿的理论,他的理论认为地球是一个天然的巨大核电站,人类只不过是生活在它厚厚的地壳上而已。更重要的是,其实在地球内部的核心部位,一颗直径长达5公里的由铀构成的地核正在持续不停地燃烧、搅动、反应。”这对认识热运动参与构造运动提供了后期动力,这一理论与我国学者马学昌提出的核部存在热核反应有些相类。不管怎样吧,玛文·亨顿和马学昌的理论为热参与地球构造运动提供了后期动力源证据。

第二篇文章,研究者认为来自太阳、月球和地球的引力相互作用可能是地球构造板块运动的原因该假设的关键是质心——一个轨道系统的质心,在这种情况下是地球和月球的质心。”这一质心并不与地球的质心重合,因月球轨道为椭圆形,共同质心位置不断改变,因而造成构造运动,是地球动力学研究又一新视角,在此称为此研究为质心动力学。笔者就地外作用,通过场理论,将自传、太阳、月亮以及银河系对地球的作用,化为地球内合力强度方程,表述对地球形态的周期性影响。大陆的由来长期以来可以说并无人问津,这一点从国内外公开的地球动力学资料中看的十分清楚,一个将大陆由来排除在外的各种学说,在此以为可能将地球动力学引入越研究越迷茫的地步。尽管一些动力学研究将分异纳入大陆的形成之中,但海陆为什么存在分野也没有也给予理论上充分的解释。这两方面理论问题不解决,恐怕可能再深刻美妙的动力学理论,也难以招架不断发现的动力学地质现象。根据笔者对动力学思考,地球动力应是各种形式动力组成一个架构系统,所以将热运动排除在外质心动力学,也仅揭示系统动力学的一个小方面,结合本段提及的两个问题,恐难触及地球动力系统本质。这一认识可能对质心动力学不全面,如有错误,请大家指导!

三文报道附下:

1、地球内核并非固态而是超离子态

过去,受限于观测数据匮乏和极端高温高压环境,人们对于地球内核结构和性质的认知非常有限。美国时间2月9日发表于《自然》期刊的最新研究结果表明,地球内核并非传统认知的固态,而是由固态铁和流动的轻元素组成的超离子态。这一突破性研究进展,将成为地球内核研究的新起点,或为揭开地球内核之谜提供研究思路。

地球自形成以来,距今大概4446亿年。科技的进步,使人类能够“上天”“入海”,但至今,“入地”仍然困难重重,没有任何人类的设备能够钻透地壳。地震学的发展使得人们可以利用地震波获得地球内部的信息。1936年,科学家通过观测分析地震纵波穿过地核时形成的影区,首次发现了地球内核的存在。人们根据纵波和横波数据的分析,确立了地球液态外核和固态内核的基本认知。

由于地球内核的密度比纯铁要低,因而人们推测地球内核中存在某些轻元素。对于这些潜在的轻元素铁合金,前人做了大量的研究,以此来约束地球内核性质,然而,这些轻元素在内核中的存在状态却很少被关注到。近期,中国科学院地球化学研究所地球内部物质高温高压院重点实验室李和平研究员、何宇研究员、孙士川团队与北京高压科学中心的毛和光院士、Duck Young Kim研究员和Bo Gyu Jang博士团队合作,利用基于量子力学的分子动力学模拟,在地球内核的温度和压力下,对多种铁合金的性质进行了计算模拟,从而得出最新研究成果并发表了论文。(记者何星辉)

2、地球的构造活动有一个看不见的来源

地球远离坚固的岩石块。我们星球的外层——被称为岩石圈——由 20 多个构造板块组成;当这些巨大的石板在地球表面滑动时,我们会看到大陆的运动,以及边界处的相互作用,尤其是整个山脉和海沟的起伏。

然而,对于是什么导致这些巨大的岩石板首先移动存在一些争论。

在几个世纪以来提出的许多假设中,行星热核心产生的对流已被讨论为一种解释,但这种效应是否会产生足够的能量是值得怀疑的。

一项新发表的研究仰望天空寻求解释。注意到力而不是热量最常用于移动大型物体,作者认为来自太阳、月球和地球的引力相互作用可能是地球构造板块运动的原因。

该假设的关键是质心 ——一个轨道系统的质心,在这种情况下是地球和月球的质心。这是我们的月球实际运行的点,它并不直接位于我们星球的质心,我们称之为地心。

相反,地球内的重心位置在一个月内会发生多达 600 公里(373 英里)的变化,因为月球绕地球的轨道由于太阳的引力而呈椭圆形。

“由于摆动的质心距地心约 4,600 公里(2,858 英里),因此地球的切向轨道加速度和太阳拉力在质心之外是不平衡的,”圣路易斯华盛顿大学的地球物理学家 Anne Hofmeister 说。

“这颗行星温暖、厚实和坚固的内层可以承受这些压力,但它又薄、又冷、又脆的岩石圈会通过压裂来响应。”

随着地球绕其轴自转,进一步增加了应变,从一个完美的球形略微变平——来自月球、太阳和地球本身的这三种压力结合起来导致构造板块的移动和分裂。

研究人员写道:“随着地球在其围绕太阳的复杂轨道上波动,伴随太阳拉力的离心力的排列和大小的差异,在地球上叠加了高度不对称、随时间变化的力,而这已经受到自旋的压力。 ”

研究人员报告说,由于这些应力和应变,地表下发生的事情是固体岩石圈和固体上地幔以不同的速度旋转——这一切都归因于我们特殊的地球-月球-太阳配置。

“我们独特的大月球和与太阳的特殊距离是必不可少的,”霍夫迈斯特说。

研究人员认为,如果没有月球,以及它在重心和地心之间引起的移动,我们将看不到地球表面的构造板块活动。由于太阳对月球的引力是地球引力的 2.2 倍,因此它将在未来十亿年左右的时间里远离我们的星球。

也就是说,研究人员认为,发挥作用的引力仍然需要地球炽热的内部才能使这一切发挥作用。

“我们认为板块构造是由两个不同但相互作用的引力过程产生的,”他们写道。“我们强调,地球内部的热量对于形成被称为岩石圈的热和物理边界层、其基础熔体和下面的低速区至关重要。”

为了进一步验证他们研究中概述的假设,研究人员将他们的分析应用于太阳系中的几个岩石行星和卫星,迄今为止,这些行星和卫星都没有确认构造活动。

他们将地球与太阳系中其他主要天体进行比较,揭示了为什么迄今为止我们尚未在任何主要卫星或岩石行星上检测到构造活动的潜在解释。然而,在所有必要参数中最接近地球的是冥王星。

“一项测试将是对冥王星的构造进行详细检查,冥王星太小太冷而无法对流,但它有一个巨大的卫星和一个令人惊讶的年轻表面,”霍夫迈斯特说。

3、地球核心已经“泄漏”了25亿年,连科学家也不知道其中的原因(节选)

    …………

放射性元素衰变

其次则是放射性元素衰变的猜测,部分科学家认为,有关于地核内部的能量泄露问题,或者说地核内部温度存在梯度差异的问题,其实就和放射性元素衰变有一定的关系。

在当前科学界的相关定义之中,放射性元素衰变的意思就是说放射性元素能够自发地从不稳定的原子核内部放出粒子或者射线,并同时对外释放大量的能量。到了最后,当能量经过一系列的衰变之后,最终形成稳定的元素而停止放射“反应”的行为。

事实上,放射性元素衰变最常见的便是核反应,从原子核放射出阿尔法粒子,贝塔粒子等等,从而造成原子核质量减轻。如果将这个过程代入到地核能量反应之中就会发现,其实地核内部能量泄露就和放射性元素衰变十分相似。

尤其是在地核内部这样极端的环境之中,相关反应进行的可能性,要比其他地方反应的可能性不知道大出多少。美国著名的地球物理学家玛文·亨顿就在他的理论中提出:地球是一个天然的巨大核电站,人类只不过是生活在它厚厚的地壳上而已。

…………

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