科技日报实习记者 张佳欣
瑞士苏黎世理工大学的研究人员在实验室中展示了地核和地幔交界处常见的一种矿物——布氏岩是如何很好地传导热量的。实验结果表明，地球内部热量的消散速度可能会比之前想象的更快。研究结果发表在近日的《地球与行星科学快报》上。
地球的进化伴随着冷却：45亿年前，年轻的地球表面普遍存在极端温度，它被一片深厚的岩浆海洋所覆盖。在数百万年的时间里，地球表面冷却形成了脆弱的地壳。然而，地球内部散发出的巨大热能引发了地幔对流、板块构造和火山活动等动态过程。
然而，地球冷却的速度有多快，以及这种持续的冷却可能需要多长时间才能使上述的热驱动过程停止，这些问题一直没有得到回答。一个可能的答案在于形成地核和地幔边界的矿物的热导率。
在地核和地幔交界处，地幔的粘性岩石与地球外核炽热的铁镍熔体直接接触。两层之间的温度梯度十分“陡峭”，因此这里可能有较大的热传导。边界层主要由矿物布氏岩形成。然而，科学家很难估计这种矿物从地核到地幔传导了多少热量，因为实验验证非常困难。
现在，研究人员已经开发出一种复杂的测量系统，能在实验室中测量布氏岩在地球内部一般压力和温度条件下的热导率。他们发现，布氏岩的导热系数大约是假设的1.5倍。这表明从地核到地幔的热传导也比之前认为的要高。更大的热流反过来会增加地幔对流，加速地球的冷却。这可能会导致由地幔对流运动保持的板块构造减速，速度比研究人员根据之前的热传导值预期的要快。
研究还表明，地幔的快速冷却将改变地核和地幔边界的稳定矿物相。冷却后，布氏岩变成后钙钛矿相的矿物。但研究人员估计，一旦后钙钛矿出现在核幔交界处并开始占据主导地位，地幔的冷却速度确实可能会进一步加快，因为这种矿物的导热效率比布氏岩更高。
研究人员表示，这一结果可能会让我们对地球动力学的演化有一个新视角。它表明，地球和其他岩石行星如水星和火星一样，正在冷却和变得不活跃的速度比预期的要快得多。