地壳会扑灭？流浪地球不成行？地质学报告你答案！
作者：李俊龙
审校：陈宇宙
在等着回校和同砚一同去看《流浪地球2》的时间里，我以前被各大兄弟院校的球2的科普种种“剧透”，于是重温了球1和科普中对推进地球分开轨道的盘算。
在小说和影戏的背景设定下，地球的确可以被聚倡导机推着中止自转并沿霍曼转移轨道分开太阳系。但是，前人的盘算都是把地球简化成一个刚体，大概一个有密度分布的近似刚体。有的也思索到地月，地木引力作用和他们的洛希极限，使“大局部地球物质”告捷逃出太阳系。
做为一个“老牌的科普up”，看到列位以前分析的十分完善了，以是决定以另一个视角（相对不是水原创数）分析行星倡导机推进地球分开太阳系时，地球外表（偏重我们生存的地壳）约莫会产生什么。
地球布局
起首，地球并不是抱负盘算中的刚体球体，而是有着丰厚布局的球体，其密度和物质品种是分布不均的；温度和压力也是由地表到地心渐渐增大的分布，后果就是物质的形态随着深度厘革，遭到压力温度影响而厘革。因此，想要分析使用行星倡导机推着地球在逃离太阳系，地球的厘革，了解地球内里布局是很紧张的。
现在为止，地质学家经过钻探，地动波探测，深部样本采样分析，实行室模仿等伎俩，依据不同深度下物质的物理特性，将地球分为了不同圈层布局。起首最大略的区分便是我们熟习的，由表及里的地壳，地幔和地核的三层区分。但是，经过进一步分析物态，地球拥有更丰厚的圈层布局。
地球圈层布局
地壳与上地幔的顶部，构成了约60千米厚的固态的岩石圈，正中夹着康拉德界面和莫霍洛维奇面（代表着地动波速和地壳密度的跃变）。
岩石圈由镁铁质岩石、长英质岩石和地幔橄榄岩构成 ，均匀密度在2.7~2.9 g/cm ，底部温度最约莫1100 ℃，压力最大1 GPa，具有较大的切变模量（越大物体越难以变形）和较小的体模量（越大物体越难以紧缩）。
岩石圈之下，是一种处于局部熔融形态的软流圈，温度范围700-1300 ℃，由粘度很大的“软物质”构成，形态介于流体和固体之间。软流圈的物质处于一种活泼的活动形态，并且与上下圈层处于一种动态均衡。
撤除上地幔顶部的软流圈，上下地幔是一种切变模量和体模量都很高的固态圈层，温度及压力范围1300-3700 ℃，7-135 GPa。处于这种低温高压情况的物质，其实质和我们平常情况所见到的地壳物质极为不同，改动其压力和温度，它们的体积，晶体布局，和物质的物化安定性会产生大幅度厘革。
持续向下，在区分下地幔和外地核的古登堡界面处（深度可达2285千米），固态的物质会突变成极高密度的液态物质，此时我们进入了外核。
再往下，前人的实际盘算后果标明，铁镍地核有约莫由六方会萃hcp布局相变成为一种体心立方会萃的bcc高压相布局[1]。由于必要的相变压力范围较大，液态外核与固态内核存在着一层固-液过渡层（4770-5155千米）。
在内核四周，温度可达4300-4500 ℃，压力估测到达360 GPa，此时铁合金的密度到达~12.5 g/cm。
以上便是地球内里的圈层布局，他们互相影响，互换物质与能量并到达了一种动态均衡，才塑造了我们如今生存的地壳。
地球内里的物质互换
（Aluminous silica: A major water carrier in the lower mantle – Dr. Takayuki Ishii – HPSTAR）
中止地球自转会产生什么
在《流浪地球》中，用42年的时间完成了中止自转。42年关于地质时间来说好像白驹过隙，因此关于固体地球的影响极大。
如今实际以为，有几股超强的低温物质流从核-幔界限不休上涌到岩石圈，被称为地幔热柱。
地幔热柱
他们将地核地幔的物质与能量从地球深部输运到岩石圈四周，关于板块的活动有偏紧张意义（如南宁静洋超等地幔热柱、非洲超等地幔热柱）
（刘浩，中国封建武艺大学，2021）
有学者以为，我们地球上的种种大海-海洋，巅峰-裂谷的构成死亡，约莫与地幔柱的作用有关。
在板块的诞生-提高-死亡阶段中，会多数不清的地动，火山与岩浆活动，此中某些地质活动的烈度约莫远超人类所纪录的，对我们有不成无视的影响。
进一步的封建研讨发觉，固态地核与固态地幔之间，存在着自传角速率差别，在赤道四周的线速率差别可到达0.6mm/s，这种差别引发了液态查对流和涡流，剧烈影响核-幔对流强度。
假定使用行星倡导机在42年内中止地球的公转，由于存在近似液态的软流圈与液态外查对下部圈层的“光滑断绝”，即使地壳能停下去，软流圈以下的地幔地核会有着不同的自转速率。
地幔-岩石圈不同的自转速率会改动地幔柱的活动形态，核-幔自转速率差别的增大则有约莫影响核-幔对流强度。
云云一来，现有的动态均衡就会被冲破，新构成的地幔柱将会以一种烈度极高的情势重塑地壳，当时分对否存在宜居的海洋将是一个未知数。
增速地球并推出太阳系会产生什么
现在地球内里处于压力均衡的形态，铁合金地核被匀称的紧缩，密度高达12 g/cm，因此体积是常压下铁合金的60%，压力下降体积会增大[2]。
物质在地球内里被极致紧缩
（Iron-rich Fe–O compounds at Earth’s core pressures – Drs Jin Liu and Chaojia Lv-HPSTAR）
笔者以为当我们开启行星倡导机的时分，假定岩石圈照旧完备的，那么整个岩石圈起首被倡导机产生的剪切力增速，做增速活动。
由于存在两个液态的圈层，行星倡导机无法将剪切力转达到液态物质上，因此地幔和要地核不会被增速，地核与地幔会向增速的反朝向接近岩石圈。
最差的后果便是开机几个月至几年内，下地幔打破软流圈和岩石圈。假如侥幸使用某种办法将推力转达过软流圈抵达地幔中部，那么液态外核也是一个无解成绩。
此时，由于地核向增速率反朝向的岩石圈活动，接近倡导机一侧地核的压力会蓦地减小，体积增大，而另一侧体积减小，引发局部下地幔紧缩坍塌。
终极地核约莫流出到倡导机一侧的地壳上，而南半球的地壳则会被拉入地幔用于增补下地幔的紧缩丧失。此时的地球有约莫回到太阳系刚刚构成的火球形态。
假如说我们把地球的两个液态圈层冷却到固态，假如是天然冷却，依靠着地表“高达61 mW/m”的热导率，冷却时间将会是十亿年的级别。
第二点，使用某种伎俩直接增速冷却地核地幔，其所需开释的热量也是极度夸大的。
第三点，就算是冷却了地球内里，由于从地表到地核的压力梯度高达360 GPa，某些物质在常温高压下，也会显现液态大概“软流”的实质，因此冷却固化地球并不克不及完全确保推进增速时的宁静。
乃至是稀有的水，在不同的压力情况下也有着极为多变的布局与外形
（Venture into Water’s No Man’s Land: Structural Transformations of Solid H2O under Rapid Compression and Decompression – Chuanlong Lin – HPSTAR）
因此，启动行星倡导机改动地球活动形态，很约莫不是简便的岩浆上涌地动频发，而是地壳完全重塑，地球完全回到“原始火球”形态。
参考文献
[1] Anatoly B. Belonoshko, et al. Nature Geosci 10, 312–316 (2017)
[2] Xueyang Yu & Richard A. Secco. High Pressure Research, 28:1, 19-28, (2008)
编纂：Aletta
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泉源：中科院高能所
编纂：小聪
