地球中心的压强是多少?

Question

在问题中离地心越近引力越大吗?在美国，人们确定地球中心的重力为零。这是合乎逻辑的。

然而，如果压力与质量和重力成正比，那么在地球中心的压力也会减少到零吗?如果地球中心的所有原子本质上都是失重的(两边重力相等)，那么怎么可能有压力呢?

如果没有压力，只有失重的原子，那么在地球中心会形成空洞或气泡吗?如果气泡真的形成了，它的“皮肤”会不会在气泡的外侧感受到更多的重力，从而导致空洞的增长?

如果这样一个假想的空洞确实在地球中心增长，它会稳定在多大的大小?

Answer 1

这是压强梯度这与当地的引力成正比。当力在一段距离上积分时，压力梯度也积分，从而累积总压力。

最大值发生在球体质量中重力指向的点，即中心。诚然，这一点的重力为零，但它和压力梯度已经在地球的整个半径(和质量)上积分了。中心的压强不是零，而是最大值。

地球中心的压力大约是360 GPa[1]．仔细注意，正如预期的那样，当重力局部为零时，总压力会趋于平稳，直到它梯度中心为0;但是总压强在那里是最大的，而不是降到零。

摘自Ref.[1]。

参考

1.Lajos Volgyesi, M Moser;“地球的内部结构”，《化学工程期刊》(1982)26（3）.

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附录:

在上面的图中应该注意到一些额外的特征。首先，上面提到，压力梯度与局部引力成正比。实际上它与单位力成正比体积，而重力在任何一点上都是每单位一定的力质量．因此，如果密度增加(相同体积中填充了更多质量)，梯度就会跳跃。因此，在地幔与内核(岩石->铁)中密度较大的物质相遇的图中可以看到。

第二，上面提到的最大压力为360 GPa。这与构成地球的物质的体积模量相当，甚至更大;例如大英百科全书钢(一种铁基合金)在环境条件下的体积模量仅为160gpa。这意味着在地球内部平衡重力所需的压力足以压缩物质，使其密度比正常情况下更大。事实上，这种压缩导致地球的密度比水星大，尽管后者绝大多数是铁。水星比地球更小，质量也更小，所以它不能从重力中产生那么大的压缩。

Answer 2

前面的答案已经很好了。但我要试着加一个简单的思想实验。想象三个物体漂浮在太空中，由于重力而聚集在一起:

### ### #A#|c|#B# ### ###

质量A，可以忽略的质量c和质量B，等于A，中心被A和B吸引，它们的重力抵消了。然而，A挤压c，因为它被B吸引，B从相反的方向挤压c。当然，c会同时感受到来自A和B的压力，尽管它没有重力。

Answer 3

地球中心的压力非零。你说得对，地心没有引力，但这并不意味着压力为零——压力来自于位于地心上方的数英里长的岩石。

打个比方，想象一个气球。气球内部的压力比周围环境的压力要高，因为气球表面的弹性皮肤在所有地方都有拉力。气球中心的压强更大，尽管中心没有向内的力-增加的压力来自于气球的外壳向内拉。你可以用同样的方式来思考地球——即使地球的中心没有重力作用，任何任意的“外壳”都会受到重力的向下拉，从而产生下面的压力。

Answer 4

想象一下，整个球被分成几个同心的壳层，最外层是表面的地壳，下面的壳层则是我们星球内部更深、更热、更可怕的区域。

现在，只是为了进行思想实验，忘记每个单独的外壳本身都有“东西”，只把它想象成一个体积的任何物质(泥土，熔岩等)。

然后，最外层受到重力作用，向内/向下拉。但这就是重力的作用。它本身根本不会产生压力!只有下一层抵抗上一层才会产生压力——否则地球就会内爆(顺便说一句，这就是超新星中实际发生的事情)。

原理是一样的，如果你在炉子上加热水，在一个有螺丝盖的锅里。要制造压力，你需要热水，但你也需要盖子阻止水蒸气试图“出去”。去掉任何一个因素，锅就没有压力了。

回到地球:这种现象还在继续。正如你所注意到的，重力对每个贝壳的影响越来越小(你越往下，贝壳的重量就越轻，即使你调整它们的大小，使它们与之前的质量相同)。但是来自所有上层的向下的力仍然存在——在这一点上，重力已经完成了它的工作，这无关紧要为什么上面的壳向下压。在这种情况下，所有的物质都已经被尽可能地压缩了(当然没有被物理上尽可能地压缩——我们的星球太小/太轻了)，所以来自上面的力会进一步向下传递。

显然，在现实中，没有任何定义明确的壳层，引力的作用作用于组成地球的所有单个原子，但原理仍然存在。所有在上面的东西都向下挤压，因此在最中心有压力，尽管那里没有重力或重力很小。

Answer 5

尽管地球大部分是固体，但只要进行压力计算，就可以将其视为粘性流体。当你在地球表面时，你上方每平方英寸有14.7磅空气分子的重量，这在海平面上是1atm (101 325 Pa)的压力。地球是由各种物质组成的，表面是岩石，核心是铁，靠近核心的物质密度越来越大。

由于地核附近的巨大压力，铁等金属在地核的密度也更大。与地球表面的密度相比，由于压力的增加，铁等固体金属的压缩密度将增加60%至80%。

在地球的中心，来自地球物质的引力场将接近于零，任何引力场都来自地球的月球。地心压力是地心到地球表面到4000英里(6436公里)以上所有物质的引力重量的积分或总和。诚然，靠近地球中心的物质的重量接近于零，但与靠近地球表面的物质相比，需要整合的物质也少得多。想象一个物质的圆锥体，圆锥体的顶点在中心，地球和底部部分在地球表面。

离地心越远的物质产生的物质越多，引力也就越大，因为离地心越远。压力来自于上方，而不是下方，参考地球中心指向地球表面。