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？十九世纪的科学被两个大难题给困住了，一个是太阳是为什么一直会发光发热，另一个就是地球的年龄，现代中学生都能回答的问题，实在把当年科学家给害惨了！
很多朋友可能很奇怪，这地下的熔岩和太阳的燃烧原理与地球的熔岩有啥关系？你别说，还真有关系，而且还是环环相扣！
太阳到底是怎么发光的？
各位耳熟能详的大科学家们对于太阳的结论，能让各位笑掉大牙，比如发现天王星、绘制银河系的赫歇尔认为太阳有一个发光的大气层，但在其下面凉爽宜居，可以住人！德国医生兼物理学家迈耶 认为太阳可能是烧煤的，苏格兰物理学家沃特斯顿认为太阳是坍缩带来的热量（地球的热量很大一部分来自引力坍缩），还有科学家认为是小行星不断撞击等等。
一直到1920年代的英国科学家爱丁顿才给出太阳能量来源的靠谱猜测，他认为可能是氢元素聚变获得能量，但后来发现太阳内核的温度不可能让氢聚变，结果尴尬了，太阳还在发光，科学家却不知道为什么，这个问题是伽莫夫解决的，他发现了量子隧穿效应，解决了太阳内核氢聚变的问题。
后来汉斯贝特搞定了质子链反应，太阳发光原理终于搞清楚，而从太阳光谱中发现的氦元素的丰度以及太阳内核温度以及氢元素聚变的速度，大概就能计算出太阳的年龄和寿命了！
科学家发现太阳的年龄可能高达四十多亿年，而未来也将有接近五十亿年的寿命！
那么地球的年龄又是多大呢？
关于地球年龄的故事其实要比太阳要多得多，因为《圣经》中大概就记载了地球的年龄，当然并没有直说，而是通过各种逻辑无法自洽的描述，最终被爱尔兰天主教会的大主教所计算出来，他认为地球是公元前4004年10月22日下午6时被创造的！
Oh,My God，这位大佬居然精确到了小时，看来还真花了一番心血，但很可惜这是个错误的答案，后来史前生物化石的发现，这又给了科学家们灵感，得到了大量化石的法国博物学家布丰根据化石 历史 ，认为地球的年龄大约在7.5万年左右。
之后物理学家开始介入用科学的方法测定地球的年龄，英国物理学家开尔文勋爵根据地下岩浆冷却以及地表散热的速度计算地球的年龄，他假设岩浆温度为3870 ，然后提出了一个冷却模型，求得地球年龄大约为9800万年，经过各种误差修正后上限为4亿年，看起来确实很科学，但错误太多，比如岩浆温度才700-1200 。
在二十世纪以前，科学家尽管脑洞无数，但没有一个正确答案，而1896年对于放射性元素的发现，则为地球年龄测定开启了一扇新的大门！
1898年居里夫妇发现了放射性元素钋和镭，并且同时发现镭元素在衰变时会释放大量的热，1904年卢瑟福发表了关于放射性对地球温度和年龄的影响报告，认为地球内部的放射性元素产生热量能平衡自身的冷却，并且由此开创出了一个新的领域，放射性地球年龄测定！
1907年，美国化学家博尔特伍德认为铅是铀放射衰变的最终产物，因而提出了“铀—铅测定方法”，原理很简单，铀元素会一路衰变到铅，那么根据其半衰期，然后再根据一路衰变下来的元素比例，然后再根据原始的比例，即可准确计算出地球的年龄！
铀元素的衰变链
美国地球化学家克莱尔·帕特森最终通过将陨铁中的铅铀比例设定为初始值，然后将地球岩石中的铅铀比例为终值，计算出地球年龄大约41-46亿年！帕特森仍然不太满意，反复寻找样品测定地球年龄，最终找到铅含量极低石质陨石（确定都是由铀衰变而来），测定的结果是45.5 0.7亿年。
各位发现没？这和太阳的年龄不谋而合！
地球内部的热量来源
上文中提到了镭元素衰变会释放热量，而地球内核中的铀元素衰变同样会产生热量，而且在内核中难以散发，所以这些热量会让整个地球内核出现熔融态，温度高达6000度，和太阳表面差不多，当然还有部分热量来自地球的引力坍缩能，不过据估计，地球内核热量有80%以上来自放射性衰变，而引力坍缩能则占不到20%。
这一点非常重要，一个熔融态的高温内核，其含有大量的铁镍质，这是导电体，而来自太阳风对地球的诱发磁场，则给了这个初始系统一个磁通量，导致了地球发电机的诞生，当然就是瞎猜而已，因为到现在科学家都还搞不清楚地球磁场到底是怎么诞生的的哈！
但有一点可以肯定，熔融态内核很重要，未来凉凉了磁场必定消失！而磁场几乎就是地球生命的保护伞，因为太阳的核聚变产生大量能量都从太阳表面辐射到宇宙空间，其大量离子状态的氢原子核（质子），氦原子核，电子等冲向四面八方，当然也包括地球！
如果没有磁场，这些高能粒子将直达地球表面，它会电离人体组织中的原子，造成DNA损伤，严重的可能会导致肿瘤甚至死亡！所以磁场可以说是人类的保护伞，它不仅保护了生命，还保护了大气不被太阳风“冲走”，因为磁场偏转了高能带电粒子，避免了它们冲击大气原子，让大气原子获得能量逃逸！
地球内核热量导致板块运动，火山喷发等等，它们都有可能是促成地球生命诞生的重要因素。
地球内核未来冷却
地球内核热量的主要来源是铀元素的衰变或者其衰变产物的继续衰变，而铀-238半衰期是44.7亿年，铀-235是7亿年，不是早已过半就是已经过半，下一个周期就是一半的一半，内核越来越冷，科学家预计再过23亿年，内核的热量将无法维持液态流动内核，磁场将会消失！
不过还有23亿年，Who怕Who啊！
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？
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。
通过地震波来猜测地球的内部构造
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！
地球内部的温度变化
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。
那么熔岩究竟为什么经过了这么多年都没有冷却呢？
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。
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