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星云物质的汇聚产生的物理现象(5)/李务伦

已有 1488 次阅读 2021-10-19 14:47 |系统分类:科研笔记

从前一文“地球的元素和物质组成(4)”,我们既了解了地球大概的元素组成,也了解了原始星云物质的组成。星云物质如何汇聚形成地球,对于地球动力学而言,并不重要,但汇聚后的情况则是我们最为要关心的。关于原始地球的形成,无论是均匀聚集,还是非均匀聚集,无论星云物质是冷还是热,聚集的过程一定会生热。这是因为星云物质的动能汇聚到形成中的原始地球后,动能转变为热能,形成中的原始地球一定会生热,杨学祥教授给出了这一具体生热值为2.24×1032J。根据阿莱格尔的研究,4.4Ga前以CO2为主的大气温度达到500-600℃,压力是现在的300倍,可见形成中的地球温度之高,压力之大。

根据陨石的成分,星云物质汇聚过程中必发生剧烈的碰撞,碰撞的结果必碎片化,并且混合,且在球内性质的规范下形成球形;而这一过程伴随原始地球形成的始终。星云物质汇聚快完成前,原始地球的温度达到最高。在这一过程中,所有物质遵守球内性质形成球形,但相邻的局部间可能即存在温度不均,又存在密度不均;以及星云物质由一种平衡环境,进入到新环境中不同成分物质间,因升温而形成的化学势。即存在力、热、化学势的不平衡由于星云物质汇聚是一开放系统,因此上述可用热力学第一定律表达:图片1.pngU为内能,Q系统得到的热,W为功N微小系统粒子数的增加数,μ化学势。同时根据热力学第二定律,形成中的地球还对外释放热能,使得形成中的地球具有了地温梯度;内部物质的相态,根据克拉珀隆方程dp/dT=l/T/(v1-v2),(l为相变潜热v为物质比容,p为压强),将发生相变。由力、热、化学势的不平衡,也可以得出压力或压力梯度不平衡,因此胡宝群博士,提出地压梯度动力学也就在情理之中(如错解胡博士理论,请胡老师等批评指导!)。

根据“地球的元素和物质组成(4)”一文中尤其是陨石成分分析,硅和氧形成硅氧四面体,由硅氧四面体形成的各种阴离子,并不能将所有铁进行结合,因而铁存在富裕,所以可以将形成地球的物质首分两大类。以铁为主的铁一大类,余者为以硅酸盐为主的硅酸盐一大类。但硅酸盐类,前面已谈及,根据密度也可以分为两类,硅铝物硅镁物。这样一来物质根据密度大体上形成三大类。但这三类在地球的形成过程中混合着,这种混合可能均匀,也可能不均匀,但为了后续的叙述方便认为是均匀混合的。

随着星云物质对原始地球的袭击减少,根据球内性质,此时的地球虽是圆形的,但内部以不同的参数看,存在各种不平衡,密度不平衡、压力或地压梯度不平衡,温度不平衡等等。这些不平衡最后产生物质的运动,当仅存在密度差时,无热持续供给只能产生分异,且依据球内性质,向球层方向发展;在热持续的作用下受迫热对流较为稳定的进行,也就是热做功,而受迫热对流物质中的,比其密度还小物质,根据球内性质将脱离受迫对流,遗弃在其周边,形成阿莱格尔所说的:大陆地球的泡沫。



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