《脚下公里有个大火球，长达5亿年的放射加热承载了今天的人类》
本文参加百家号#科学了不起#系列征文赛。
地球内部鲜为人知，部分结构的温度其实比太阳表面还要高，人类对地球内部的研究远远落后于对外太空的研究，遁地其实比登天还要难。
都知道恒星表面热，太阳这样的G型主序星表面温度有多摄氏度，就连恒星中的矮矬穷：红矮星，表面温度也有多摄氏度。但许多人不知道的是，地球内部的温度可与太阳表面温度媲美，地核是非常热、密度极高的结构，处于地幔之下公里的位置，整个结构半径为公里。目前最深的勘探钻就是科拉超深钻，深度为12公里，与地球几千公里的半径而言完全是个皮毛。我们能够飞到月球，抵达38万公里外的卫星，我们可以抵达上百亿公里外的日球层顶边缘，但我们对地球内部的探索却受到限制，只能通过地震波进行观测。
图注：闪耀的地核比太阳表面还热
图注：恒星中的矮矬穷：红矮星，表面温度也没有地核高
拥有着45亿年历史的地球，在最开始时也只不过是一个热岩球体，在持续遭受来自放射性物质衰变、太空岩石对它的碰撞后，使得地球内部不断产生热量，处于一直被加热的状态。这个长达5亿年的加热过程，使热岩石球的内部温度达到了摄氏度高温，这个温度足以熔化铁，这是地球第一次在核结构上发生的脱变，也承载了今天的人类。温度不够无法跻身行星行列，那么核温度非常关键。
跻身行星还需自身热
当温度达到摄氏度以上的时候，熔融的岩石物质开始了更大范围的运动，并开始行星级的分化过程。类似于水、空气以及硅酸盐等较轻的物质向上运动，最终形成了地幔和地壳，而像铁这类的重金属，则是流落到地球的中心成为了核物质。地热梯度可以对地球内部热量和压力进行测量，这个巨大的熔炉就是地核。每加深1公里，地热梯度则增加25摄氏度。而地核的热量则来自于放射性元素的衰变、行星结构的剩余热量、以及外核所释放的能量等。
图注：放射性元素的衰变为地球内部提供了能量
地核是由铁和镍等金属组成的，所以地核又被称为铁镍核心。地质学家发现地核中存在着亲铁元素，虽然这类元素已经完全溶解于铁之中，但是像金、铂、钴这类亲铁元素在富含矿物质的地壳和地幔之中是很少见的，所以它们又被称之为贵金属。
地质学家在地核之中还发现了大量的硫元素，这也就解决了地核重量的问题。根据地质学家的猜测，是氧或硅的存在使得地核重量较轻，但现在密度较小的硫元素的出现直接揭晓了这个问题的答案。众所周知，地球中温度最高的地方就是地核，但是我们并没有办法知道它的准确值，只能判断它的温度是在摄氏度到摄氏度的范围之间。内部的压力、地球的自转以及地核的成分结构等因素，都会对地核温度产生影响。地核分为外核以及内核，外核与地幔接轨，而隔开外核和内核的结构称为布伦间断。
图注：地球表面与内部的能量循环
地核是个“大熔炉”
外核的主要组成部分是液态铁和镍，它的温度在-摄氏度范围内，其厚度为公里。由于液态铁的粘性较低，比较容易发生变形和易碎等现象，使得外核能够产生对流。这也就使外核成为产生和维持地球磁场的所在地。事实上，地核中最热的部分是布伦间断，它的温度高达摄氏度，可与太阳表面的温度相媲美。内核是一个大部分由铁组成的热球。半径为公里，有着万的大气压，其温度也是远超铁的熔点，达到摄氏度。但出乎意料的是，它并不是液态或者熔融的。因为内部的强烈大气压阻止了铁的熔化，使得内核并不是液态的，内核应该是表现为固态的等离子体。
图注：这个模拟图清楚说明了地核的位置
液态的外核将内核与其他地方隔离开来，这种全面的隔离导致内核有异常的行为：它的自转速度快于地球本身。每过年，它就可以比地球多完成一次自转。科学家认为，内核铁晶体的南北方向排列方式，是产生速度差异的重要因素，它的排列方式关系使得它的地震波是在两极之间传播的，而地震波在两极中的传播速度快于赤道之间的传播。
图注：地核的自转和地球自转是不同步的
冷却需要亿年
内核在地球冷却的过程中，会随着液态外核的凝固和结晶慢慢增长，增长的速度为平均每年一毫米。受到地幔的影响，内核的增长并不是均匀的。内核增长最快的是俯冲带至从岩圈滑入地幔的板块构造附近开始，它们在吸收内核的热量的同时，会使附近区域温度逐渐冷却实现凝结，从而增长速度较快。增长最慢的位置则是在“超羽流”附近，这些地幔会使岩石中的火上活动产生影响，并使它们加速成为液态外核。
值得一提的是，铁的冻结点在摄氏度以上，所以地核永远不会冻结。至于结晶，这是一个时刻受到放射性衰变影响的缓慢过程，它至少需要亿年的时间才能完成这个过程，而我们的太阳早在50亿年后就已经燃烧完了。内核同样有着东西半球之分，两个半球都具有晶体结构，但融化是不平衡的状态。
图注：要让地球冷却，变成一颗冰冷的行星，这个过程需要亿年
看起来西半球的结晶速度更快，而且在地核东半球的内部中还存在着融化的现象。地质科学家发现在地核内核中间还有着一个内部。而在这个最内在的内部之间，它的特征不与内核相同，而是与外核相似。地质科学家推断，产生这种差异的原因与5亿年前的地质变化有关。在5亿年前，铁晶体结构的排列方式应该是东西方向的，而不是现在的南北方向，是地球诞生之后数亿年的地质活动导致了这种变化。