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地球は、なぜ熱いのか?

地球生成時の熱がそのまま残り、徐々に冷えてきているのだと思っていたが、違うようだ。

放射性同位元素の崩壊が、地球の熱源になっているらしい。
よって、放射性同位元素を多く含む花崗岩質の地殻部分がより熱い。
ということは地震の原因も、地殻部分に含まれる放射性同位元素の多寡による可能性がある。

一方、核を形成する鉄などの金属には放射性同位元素は含まれないらしい。よって、核が6000℃という高温になっているのは別の原因なのだろう。


■以下引用_________________________

山賀 進のWeb site


2.地球内部の熱源

なぜ地球内部は熱いのだろう。これは地球内部に熱源があるからである。地球内部の熱源とは、ウラン(ウラン235、ウラン238)やトリウム(トリウム232)、カリウム(カリウム40)などの放射能を持つ物質である。これらの元素が崩壊して放射線を出し別の物質に変わるときに熱も出すのである。

これら放射性同位元素の含有量は、岩石によって大きく異なる。下に代表的な岩石1kg中の放射性同位元素の量(kg)と、それらによる発熱量を示す。花こう岩の発熱量が、他の岩石よりはるかに大きいことがわかる。

    ・・・図表中略(元記事を参照してください)・・・

花こう岩は地殻上層部を代表する岩石、玄武岩は地殻下層部を代表する岩石、かんらん岩はマントルを代表する岩石、さらに石質隕石はマントルと同じようなもの、いん鉄は核と同じようなものと考えられている。つまり、熱源は地殻上層部に集中して、地殻下層部に少なく、さらにマントルにはもっと少なく、核にはほとんどないということになる。なぜこうなっているかはこちらを参照。


             ・・・中略・・・

地殻熱流量の大きさ:地表に到達する太陽エネルギーは、約170J・s-1・m-2(170W・m-2)である。だから、地殻熱流量はその2500分の1でしかない。つまり、地球表面の温度や気象の変化に対しては、地殻熱流量は影響を与えていないとしてよい。

            ・・・中略・・・

しかし、この熱を100km×100kmの面積(1010m2)で貯めたとすると、1年間では69×10-3J・s-1・m-2×3.16×107s×1010m2=2.2×1016Jとなる。マグニチュード8の地震のエネルギーが約6.3×1016Jであるので、わずか約2.9年でそのエネルギーに達してしまう。日本のように地震の多い国、そのなかでも巨大地震が多い日本海溝沿いと地域を限定しても、マグニチュード8規模の地震は150年から200年に1回くらいしか起きない。地球全体を平均すればこの値はもっともっと小さくなる。

地殻熱流は地震や火山のエネルギー源と考えられているが、その大部分は地震や火山活動を起こさずに、そのまま宇宙に流れ出ていると考えられている。


●モデル地殻の発熱量:断面積1m2、長さ1km(体積103m3)の花こう岩(密度2.7×103kg・m-3、地殻上層部)、玄武岩(密度3.0×103kg・m-3、地殻下層部)の発熱量を求めてみる。ここで、1年=3.2×107sである。

花こう岩=34×10-3J・kg-1÷(3.2×107s)×2.7×103kg・m-3×103m3=2.9×10-3J・s-1
玄武岩 =5.0×10-3J・kg-1÷(3.2×107s)×3.0×103kg・m-3×103m3=4.6×10-4J・s-1

断面積1m2、厚さ30kmの大陸地殻(上層部25km、下層部10km)の発熱量は、25×2.9×10-3J・s-1+10×4.6×10-4J・s-1・m-2=7.7×10-2J・s-1・m-2(77×10-3J・s-1・m-2)となり、これだけで大陸部の地殻熱流量の平均69××10-3J・s-1・m-2を十分に説明できる。逆に、海洋の地殻(厚さ10kmの玄武岩質)にはこのうち上層部(花こう岩質の部分)がないので、その発熱量は4.6×10-3J・s-1・m-2でしかなく、これだけでは海洋部の地殻熱流量を説明できない。つまり、海洋部においては、熱伝導だけではなく他のメカニズム(温度の高い物質そのものが移動して熱を運んでいる=マントルの動き)を示唆するものである。


●地球の熱源:放射性同位元素が発見される以前は、地球内部が熱いのは地球生成時の熱がまだ蓄えられているためと思われていた。だから、地球はどんどん冷える一方だと考えられていた。

この考えに従って、熱い地球(岩石が融ける程度の温度を想定)が現在の温度に冷えるまでの時間、つまり地球の年齢を計算したのはケルビン(イギリス、1824年~1907年)である。彼は地球の年齢は2000万年~4億年の間、たぶん1億年程度だろうと見積もった。

この値はとうてい当時の地質学者としても、受け入れられる数値ではなかった(このころから、地質学者の物理学者に対する反発が始まる?)。生物の進化に要する時間、あるいは侵食作用から堆積岩ができるまでの時間などを考えると、とても数億年では足りないと考えていたのだ。じっさい、現在は地球の年齢は約45.5億年程度であることがわかっている。

_____________________________引用以上






火中の栗
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