为什么地球形成了几十亿年，地下还是熔岩，地心冷却过程要这么久吗？
为什么地球形成了几十亿年，地下还是熔岩，地心冷却过程要这么久吗？
地球内部的熔岩经过几十亿年了还没有冷却，是因为它一直在被加热，这种过程一直持续到现在，但不会永远持续下去。在讨论这个问题之前我们先来看看咱们地球的内部到底是怎样的。
你有想过地球的内部是怎样的吗？你有没有想过，我们脚下每天踩着的是什么？地板？泥土？人行道？还是草地？虽然你可以这么说，但无论你现在站立什么位置，相对于地球来说都是冰山一角。
无论你是否承认，我们的脚下都有几千公里厚的土地，它由各种材料组成，包括土壤、岩石、水、火山、熔岩和固态铁。大多数人小时候都挖过个洞，也许是因为我们都对地底下未知的的东西很感兴趣。我们挖的洞可能主要由泥土组成，可能还有一些岩石，挖得越深，越难看到洞的底部，除非爬入洞中，否则你将很难再挖下去。很显然，通过这个例子使我们明白了一个道理，我们无法通过挖穿地球来研究地球的构造。
那么我们如何才能知道地球内部的构造呢？现代科学家提出了一个巧妙的方法–利用地震波。地震波是地表以下发生板块运动而产生的一种波，通过测量地震波，科学家就可以了解有关地球的许多知识。通过观察地震波的形态我们就可以推算出地球的内部是由厚度不同的不同材料组成的，也就是分层的，因为地震波通过不同材质的速度不同。
总的来说，我们脚下踩着的第一层是地壳，地壳的下方是地幔，地幔是半固体，由运动的岩石和岩浆组成。地幔下面就是地球的核心，它由两部分组成，分别是一个液体的外地核和一个固态的内地核。内地核是由能承受巨大压力的铁和镍构成的，它承受的压力相当于地球表面大气压的900万倍。地核的温度极高，大约是5000 ，与太阳表面的温度差不多！
地球的内部温度随深度增加而增加，但是，如上图所示，该增长率不是线性的。在最高的100 km之内，温度梯度大约为15 至30 C / km，随即在地幔中急剧下降，然后在内地核中缓慢增加。地壳底部的温度约为1000 C，地幔底部的温度约为3500 C，地核的温度约为5000 C。
上图显示了地幔上部500 km的温度曲线，与干燥的地幔岩石的融化曲线相比。在100至250 km的深度范围内，温度曲线非常接近干燥的地幔岩石的融化边界。因此，在这些深度处，地幔岩石处于融化与半融化的状态。
在某些情况下，如果存在多余的热量，并且温度线越过熔点线，地幔的这一区域将被称为低速带，也被称为软流圈，因为地震波在接近其熔点的岩石内会减慢。在250 km以下，温度保持在熔化线的左侧，这表明地幔正在对流，因此来自深处的热量被带到地表的速度会更加的快。
对流是板块构造的基本特征，地幔的对流是热量从地核传递到下地幔的产物。就像在热炉上的一锅汤中一样。
如上图，热源附近的材料变热并膨胀，使其比上面的材料轻。浮力使其上升，而较冷的材料从侧面流下。地幔之所以对流，是因为从下方传来的热不完全均匀，所以，只要有稳定的力，地幔就足以缓慢地流动（以每年几厘米的速度）。就像汤锅中的例子一样，一旦岩心冷却到没有足够的热量，地幔将不再对流，这种现象已经发生在像水星和火星这样的小行星上了。
熔岩没有冷却是因为它一直在被加热，地球内部的热量有两个主要来源， 每个来源贡献了大约50％的热量 。其中之一是地球内部物质摩擦产生的热，以及重力使物质在地球内部重新分布时相互摩擦产生的热（例如，铁的下沉形成核）。 另一个来源是放射性物质，特别是主要存在于地幔中的铀U235、U238 、K40和Th232的自发放射性衰变。
如上图所示，这种方式产生的总热量随着时间的推移一直在减少（因为这些同位素已被消耗），现在大约还剩地球形成时的25％，这意味着地球内部正在逐渐变凉。即使是这样，地心的冷却也不会在旦夕之间完成，它需要极长的时间来把能量消耗完之后才可能实现。
全球变暖只与地表有关，与像太阳表面一样热的地核相比，充其量只涉及外部极端20度的变化。
地球内核已经是固体了，但这是因为内核(液体)和地幔的上层压力极高。请注意，正是外核产生了地球磁场。
地球的核心将从不凝固 。我的意思是永远不会。话虽如此，但只有一种可能发生，那就是如果地球碰巧被抛出轨道，成为一个流浪 星球，那么它的核心可能有时间冷却。
地核变冷要比太阳耗尽核燃料并膨胀吞噬地球花费更长的时间。到那时，地球将会蒸发，因为它会螺旋离开轨道进入太阳。地核很快会变成炽热的气体。这将在大约40到50亿年后发生。
如果有机会地球成为流浪星球，在它自己的好时光里自由冷却，那将需要很长时间。
减缓地心冷却的主要因素是长寿命原子的放射性衰变，即铀- 238、铀- 235、钍- 232和钾- 40，它们的半衰期分别约为44.7亿年、7.04亿年、141亿年和12.8亿年。从这些同位素的半衰期以及与地球年龄的比较中，你可以看到通过放射性衰变产生的内部热量很可能在未来相当一段时间内保持在接近当前的水平。
地心核心温度可能是5000 K（开尔文），自45亿年前太阳系形成以来给出250 K的冷却温度。如果真的以这种速度冷却(每十亿年55度)，大约需要910亿年才能冷却到0开尔文。
为什么地球形成了几十亿年，地下还是熔岩，地心冷却过程要这么久吗？
通过科学家们的研究和判断，我们所在的太阳系形成于大约46亿年前，其中的绝对核心太阳要比系内的其它行星诞生得稍早一些。而太阳系内的各种星体，如果追溯其来源话，科学家们分析在此区域内原本笼罩着众多星云物质，这些星云物质应该是上一任大质量恒星在生命晚期发生超新星爆发释放出来的，在随后漫长的时间内在引力扰动的影响下，发生着缓慢的气体、尘埃物质的聚集，在相互碰撞和因引力发生的坍缩共同作用下，使得聚集的核心区质量越来越大、温度越来越高，其中规模最大的核心在吸引巨量的星际物质之后，其内核的温度达到了氢的核聚变水平，于是逐渐演化为太阳。
在形成太阳之后，由于内部的核聚变产生向外的巨大辐射压力，从而在一定程度上阻止了周围较远处星云物质的进一步向内聚集，这些星云物质在距离太阳较远的轨道上，在太阳引力和聚集物质角动量守恒的共同作用下，开始围绕着太阳核心进行公转，在公转的过程中，由于初始期物质密度较高，相互之间发生碰撞的几率很大，同时这些太阳吸收之后剩余的边边角角，也会因相互之间的引力发生聚集，从而在距离太阳不同距离处逐渐组成了若干小的核心，以这些核心为起点，从而把游离的星云物质缓慢地聚集在一起，然后形成了不同的行星或者围绕行星运行的卫星。
拿地球来说，在其形成过程中，由于物质的聚集摩擦、碰撞，以及星云物质向地球原始核心坍缩过程中引力势能的转化，从而内部温度也不断提升，但是由于太阳吸收了太阳系内绝大多数的星云物质，剩余的边角料即使全部聚合到一块，也不可能达到氢核聚变的程度，因此地球和其它行星一样，在初始期内核的温度虽然越来越高，但始终无法达到那个核聚变的水平，所以，所有行星的整体温度，在行星形成以后都是呈缓慢下降趋势的，地球也不例外。
在地球形成之初，整体温度非常高，即使表面也密布着呈熔融状态的岩浆，在这样一种几乎是流体状态的情况下，地球组成物质因密度不同，其所受到地球核心的重力也会产生差异，于是密度大的元素逐渐向地球深处缓慢沉降，密度小的元素就会留在地球的外层，这样就慢慢形成了具有明显分层状态的结构。现在普遍认为的地球内部分为三个圈层，即地核、地幔和地壳，这三种结构就是原始地球冷却之后形成的。
地球在形成之后，在以热辐射为主要热量传递方式的作用下，其接收到的太阳辐射能量远远小于通过大气层向外散失的热量，因此，留在最外层的物质最先冷却，形成了以密度较小的硅镁层或者硅铝层为主要矿物为主的地壳，对内部起到了一个较好的保温效果，地壳这一层也是地球圈层中厚度最薄的，每深入100米，温度会升高1-2.5摄氏度。
在地壳之下是地幔，其中上地幔温度在1000-3000摄氏度，主要成分也是硅镁和硅镁矿物，不过其状态已经不是严格意义上的固态了，而是呈现一定的流体特性；下地幔的温度较高，可以达到3000-4000摄氏度，主要成分铁、镍的硫化物，存在形式也是呈现柔软的流体性质。等到地下3000公里以下，则是地球的外地核，主要成分为液态金属，温度在4000-5500摄氏度，科学家们判断，这些液态金属的流动是地球磁场产生的根源；在外地核以下就是地球温度最高的部分-内地核，其温度达到6000摄氏度左右，压力也非常巨大，可以达到上百万个标准大气压，其成分主要是以铁、镍等金属以固态形式存在。
在地球形成之后的46亿年里，内核的组成物质除了地核和地壳之外，其余都是以可以流动的黏稠流体形式存在为主，之所以温度维持这么长时间，主要取决于内、外两个大方面的原因。从内部来看，刚才提到了两个方面的原因，一个是地球形成之时所吸聚物质本身所具有的能量转化，另一个是地壳固态的结构，使得内部热对流有了一个相对封闭的系统，在一定程度上减缓了热量通过地壳的散失。此外，地球在形成时吸聚了大量重物质，由于密度较大逐渐沉积到地核深处，而这些重元素多具有放射性，比如铀235、铀238、钾40、钍232等等，这些物质在衰变的过程中，会释放大量的能量，而且有些放射性物质的半衰期还相当长，从而可以为地球内部提供相对稳定的热量来源。
从外部来看，地球的大气层也充当了保护的角色，相对于太阳辐射来说，从地球向外释放的能量，主要以波长较长的红外辐射为主，而大气层对红外辐射的吸收能力要比来自太阳的短波辐射高得多， 这样来自太阳的能量大部分为直达地球为地球增温，同时从地面反射以及从地球内部释放的热量，也在大气层的吸收下大部分被返回地面，从而使得热量的散失效率大大降低。所以，相对于几乎没有大气存在的月球、火星，地球对于温度的调节机制非常明显，温差也不至于太大，起到了很好的保护效果。
