“大海航行靠舵手，万物生长靠太阳”，这个话太熟了。引申到一个严肃的科学问题，地球内部的热也是靠太阳吗？我想说是的，信吗？

 目前关于地球内部的热量来源，有两种主流观点：

 观点一，放射性元素生热。目前有多数学者认为是地球内部的放射性，但放射性元素在地球内部的分布是这样的，如下图，地壳占绝大多数，但地壳不热；

 而地壳里，酸性岩占多数，即岩浆侵入到浅层，与围岩接触带才有铀矿带，中性、基性、超基性岩中的铀是很少的，如下表所示。

  在沉积岩中，也只有黑色泥岩、磷块岩等含铀量高，它们是在低能环境或滞留环境下沉积下来的，如下表所示。磷块岩是在低能环境下沉积的胶磷矿泥晶，如四川盆地震旦系陡山沱组地层（单满生，1987,震旦系陡山沱组磷块岩的成岩作用和成岩环境）；昆明坳陷南段的磷块岩为早寒武世早期的沉积，是海湾泻湖潮坪体系；可进一步划分为浅滩、泻湖、近滨泻湖和潮坪等四个相区(曾允孚，1989,滇东磷块岩的沉积环境和成矿机理）。黑色泥岩或暗色泥岩更是油气勘探的香饽饽，找到了它，就意味着快找到油气了。在进行测井时，自然伽玛是一个重要指标，若高，则意味着放射性物质强，且意味着有有机质。地层中若发育有有机质，则其沉积环境必须是低能还原环境，才有丰度高的有机质沉淀下来，同时，铀元素也在此时才能安家落户。  

 根本原因是，铀具有亲氧性、多价性、类质同象等，使它的化学活动性极其活跃，在岩浆侵入过程中，它是不会待在原地受死，会随岩浆侵入到不能再走时，才会停下运动的脚步；花岗岩体被风化、搬运过程中，铀也不会在河流中途和一些重矿物一起沉淀下来，让淘沙金的人淘出来，而是顺水飘流到走不动时，才会随暗色泥岩沉淀下来。

 即无论沉积岩，火成岩，均在物质迁移的末端富集放射性铀，即地壳很浅的层位。但这些地区却是低温。

 显然，观点一是否成立，还需要更好的证据才行。

 观点二，地球生下来就有很多热量，至今热还没冷却完呢。于是，我计算了一下，如果没有外部太阳供热，让太阳去流浪，留下地球在绝对0度下慢慢释放热量，按现代海洋最大热流1237mW/m²，则地球内部的热，只需要500Ma就释放完了。所以，观点二也是不成立的。

图1 全球大地热流平面图

 从另一个角度讲，如果地球不依赖外界保持温度，我们将它放到冥王星的位置，它还能保持现在的热度吗？如下图所示，为几大行星的地表温度，可以看出，离太阳越远，越凉。从最远的说起，目前冥王星离太阳太远了，是一颗冰冷星球，表面覆盖着大量冰层，几乎冰透了，透心儿凉。其中包括冰冻氮和甲烷，密度整体上是冰水的两倍，这颗矮行星质量是由2/3岩石和1/3冰水构成，是一颗带有冰壳的岩石星球。 因为冥王星接收太阳能是3.61x10¹⁵焦耳，仅相当于地球每年的散热的0.00026%，和地球直接收到的太阳辐射能相比就小得可怜。

图2 几大行星气温

 海王星比冥王星离太阳更近点儿，直径49500公里，稍好点儿，但接收到太阳的光和热只有地球的19%，其表面覆盖着延绵几千公里的冰层，外表则围绕着浓密的大气，是地球的3.88倍体积有57个地球那么大，质量只是地球的17倍多。

图3 太阳及几大行星相对位置

 水星和金星是离太阳最近的，也是最热的行星。如果地球公转速度变慢，公转离心力小，地球会离太阳越来越近，最后若地球处于水星或金星的位置，气温会不会变成现在水星、金星的气温450度，同时内部会不会更热呢？水星接收太阳辐射是地球的8.9倍。那也许您会抬杠，行星地表温度高，并不意味道着其内部温度也高，如水星、金星地表温度为450度以上，并不等于其内部温度也很高，对吧？事实上，这种可能性是存在的，但从现代火山活动来看，水星和金星的火山是很多的，据此至少不能确定其内部比地球凉。金星的情况是： 金星上有10万座火山，遍布整个星球，几乎遍地都是炽热的岩浆。水星的情况： 水星火山活动或持续数十亿年：颠覆原有理论。

 从上面对比看，地球内部的热量显然是靠太阳的照射的。但，现在问题来了，道理上似乎是说不通的，因为从热传导角度，太阳照射到地表可使地球加热，但最高也就150度左右，而地球内部是几千度，根据热力学第二定律，这种由低温到高温的热传导是不可实现的，显然仅靠可见光和红外线到地球表面的辐射能是不太可能的让地球内部升温的。但就凭热传导，也能影响浅层地壳0-100公里范围内的温度场。如图4所示，为我们所做的一个热传导模拟。这里假设没有太阳的辐射，地球表面完全暴露在绝对0度下，则在2千万年(20Ma)后，8公里深度处原地温将下降一半；在50Ma后,30公里深度处温度将下降一半；100Ma后，50公里深度处的温度将下降一半，100公里处温度将下降至原来温度的70%。

图4 地球浅层温度在缺少太阳辐射下的冷却过程

 有没有其它加热机制？在太阳辐射能中波长更短的辐射有部分可穿透固体介质，如α射性只能穿透一张纸、β射性可穿透铝片、γ射性可穿透混凝土，而中子可穿透水，如下图所示。

图4 几种主要粒子及穿透能力

 但这些粒子不太争气。穿透更强的只有目前发现的，最神秘的中微子了。中微子分为3类，电子中微子(由β衰变生成)、μ中微子、γ中微子。它的能量比想象的大得多, 诺奖得主Arthur提出，中微子能量比我们预想大得多。中微子具有惊人能量被证实。正如灾难片《2012》所表达，中微子可以加热地球，但目前的实验证明，中微子可以轻松地穿过并排放在一条直线上的几万个地球，它几乎不与任何物质发生反应。用几百吨的液氮在深2000米处能检测到中微子，一年可探测到几个至几十个。这就为难了，中子与中微子之间难道没什么中间粒子，这些粒子可以进入地球内部，且留在地球里面？象微波炉一样，通过微波加内部，表面还是凉的，但内部却是热的。我认为应该有，只是目前未探测到。如果没有，我们只好打中微子的主意了。

 的确，中微子很难留在地球内部。目前所探测到的量是很少的，但这里就提出另一个问题，是不是液氮是常温、常压，其分子的热活动性弱，很难捕捉？如果液氮处于几千度的高温和100-360GPa的高压力下，其原子核、电子的活动性，应远大于常温常压下的液氮。这时是不是能完全捕获中微子并转化成热量？可以设计这样一个模型来进行研究，在地表两个对趾点A，B，在A点观测来自于太阳的中微子，再在B点观测来自于中微子达到A点后又继续走向地心，穿出来到达B点的数量，看二者之差，如果差距大，说明有一部分留在了地心。这个想法可能很外行，只得交给物理专家了。

图5 中微子的接收方案

 结论：

 1）地球浅部至50公里左右的温度场，由太阳辐射决定；

 2）可能存在介于中子-中微子之间的粒子，即能穿透固体，同时留在地球内部，加热地球；

 3）实验室证明常温常压下的物质无法阻档中微子，但地核物质处于高温高压状态，粒子处于高能热状态，理当可以捕获大量中微子而加热地球。这好比微波炉，表面凉，但内部被加热了。 

 有点意思，想法是否有点荒诞？

 敬请专家批评指正。

2020年12月3日于北京，中国地质大学（北京）能源学院

 

 

 

 

 

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