地心探秘

地球直径12742千米,但包括人类在内的生物大都生活在地球的表面,那么,地球内部巨大的区域里都有什么?地心是什么样子?现在,请随着本文,来一次直捣地心的虚拟深度探秘。我们乘坐的是一支核动力钻探火箭,它会垂直钻入地心,因此,一路颠簸,请大家系好安全带。

2010年的一天,危地马拉的一处社区突然发生地陷,出现了一个100米宽的巨大地洞,仿佛地獄之门被打开,让人不禁想进去一探究竟。那么,如果真的打开一个地洞,通往地心,我们会遇到什么呢?

穿越地球的表皮——地壳

地壳是地球坚硬的表层,有的被土壤、水覆盖,平均厚度达17千米,山脉隆起的部分当然更厚,平均达40千米。虽然海洋可深至万米,但海底依然属于地壳,只是较薄,一般是几千米。然而,如果把地球比作一个苹果的话,如此厚的地壳却只相当于苹果皮。

地心环境太险恶

越接近地心,温度就越高。平均而言,深度每增加1000米,温度上升约25℃。12000米深处,科学家们测得的温度是180℃,这距离地壳之下的地幔还有几十千米呢。而地核温度将达到5000℃以上,目前熔点最高的材料才4215℃,因此,没有任何材料可以耐受如此高的温度。

越接近地心,压力也越高。当深入地下1000米时,压力就相当于4头大象压在你的头上;而在地心,压力相当于47700头大象压在你头上。

因此,即便地球上有这条隧道,我们也无法穿越地心。

我们能穿越地心吗?

假设地球上已经有两个洞口,连通一条笔直的隧道,贯穿整个地球,并穿过地心,我们能否通过这条隧道从地球的这端到达另一端?

穿着装备进地心

那么,假设我们发明了装备可以保护自己不受任何伤害,那么,当一个人跳进洞里会发生什么呢?

一开始,人或物体会加速向下落,但穿过地心后,在后半段旅程中,地心引力起反作用,减慢你的速度,使你一直做减速运动,当你到达另一端的地面时,速度差不多正好为零。此时,如果你身手敏捷地抓住地面或一个牢固的物体,你就平安抵达目的地了。从地心一端到另一端所花的时间大约为40分钟。

但如果你反应较慢,没有够到地面的任何东西,地心引力会再次把你拉回地心,直到隧道的另一端。如果你总是没能成功地抓住地面,你就会像钟摆一样在这条隧道里持续往返运动。

你可能会掉进海里

还有一个问题,地球70%以上的表面是海洋,隧道两端表面都是陆地的地点非常少,因此,你从另一端出来时很有可能掉进海里。

人类能打多深的洞

1970年,前苏联科学家为了对地心一探究竟,决定通过钻探技术,打通地壳,钻探的地址在今俄罗斯的科拉半岛。

科学家们的钻探方式并非一洞到底,而是先打出一个主洞,再打出一些分支。到1983年,其中一个分支打到了12000米深。科学家们计划于1993年打到15000米深,然而,1983年到1993年10年间,深度只增加了262米,即总深度12262米,洞内的高温使钻探无法继续进行。传说科学家们在这时听到了“灵魂的惨叫”,以至于有人称之为“深入了地狱”。

由于钻探的困难和经费难以为继,钻井工作于1993年终止,这个钻井被称为“科拉超深钻井”,曾是世界上人类打的最深的洞。

这一记录于2011年被一口油井打破,这口油井位于俄罗斯萨哈林岛,被称为“Z44-Chayvo”,深度达12376米。由于石油开采越来越多,浅层石油已经几乎被采光,石油公司只能向更深处寻找。

尽管这两个洞如此之深,甚至超过了海洋最深处——马里亚纳海沟最低点,却仍然没能穿透地壳。

地球深处的大发现

科拉超深钻井的深度虽然没达到计划的深度,但科学家们获得了许多惊人的发现。

在深度达到3000米时,科学家发现的岩石样本与宇航员从月球上带回的非常相似,这证明了月球形成的理论:当地球还非常年轻时,一个地外天体与地球相撞,当时地球的一部分地壳冲入太空并形成了月球。

在深度达到6400米时,科学家们有了更惊人的发现——20种不同的微小古生物化石。当时的科学家不相信在如此高温高压的地下还有生命,认为这是岩石样品被地球表层污染的结果。然而,之后几年的研究表明,地球深处确实存在生命。

科学家们已经在4600米深的地下和太平洋底下的沉积物深处发现了有机体,根据科学家估算,地下岩层中的微生物可能占了地球微生物的70%。一些细菌可忍受132℃的高温,因此,理论上,地下8000米深的地方都可能存在生命。

进入地球的主体——地幔

地幔大约有2900千米厚,占地球总体积的84%,是地球的主体。组成地幔的大多是固体岩石,但在某些区域,岩石像粘稠的面团一样可以流动,如地壳的板块边缘。地幔中的热量和物质的移动是地壳运动的主要原因。

地幔被分为上地幔、过渡带、下地幔和D层。

如何探测地下深处

地幔以及地核如此之深,温度和压力如此之高,人类从未对其进行过直接的探索,但可以通过一些方法间接获得地幔的信息。

钻石是地幔的信使

形成钻石的条件非常苛刻,需要5~7万个大气压,以及1100℃~1500℃的高温,而上地幔就具备这些条件。在火山爆发的过程中,会有钻石随着岩浆来到地表。

然而,科学家关心的不是钻石,而是钻石中的异物,这是在钻石形成过程中,被困在其内部的地幔物质,如水、海洋沉积物、碳等。这种被包裹在岩石中的岩石被称为“异晶体”,除钻石外,还有其他可形成异晶体的岩石,但带来地幔信息最多的是钻石。通过对钻石异物的研究,科学家们可以了解到7 0 0千米深处的下地幔。

穿越地心的地震波

地震发生,是因为震源的震动发出携带巨大能量的地震波,地震波可以穿越地心,而地震波的不同形状可以反应不同物质的特性。世界各地都放置了检测地震波的仪器,科学家们将检测到的数据进行汇集和分析,就能得到地幔和地核的一些信息,如上地幔与下地幔之间的过渡带就可以通过地震波探测到。

科学家们还利用地震波绘制地幔地图,从而获得地质活动如板块移动的精确信息;实验和电脑模型也能帮科学家研究地核。

到达地心——地核

经过一段艰难的行程,我们的钻探火箭终于到达了地心,即地核。地核的温度、压力和密度都非常高,半径约3485千米,几乎完全由金属组成,并分为外核和内核,外核为液态,内核为固态。

地核一个巨大的作用是产生了磁场,保护地球生命免遭太阳辐射的伤害。

地核的热量哪里来?

地核的温度为4500℃~6000℃,其热量主要来自于两个方面。

几十亿年前的热量保留至今

当太阳诞生后,陨石在引力作用下相互吸引,形成更大的物体,于是吸引了更多的物体,直到地球达到现在的大小。物体相互碰撞和挤压时,会产生热量,你试试拍手拍得久一点,手掌就会发热。在陨石撞击的过程中,热量大量积累, 储存在地球内部,直到今天都没有完全散去。这部分热量约占地球内部总热量的10%。

放射性元素释放能量

另外90%的热量来自于放射性元素的衰变。

有一些元素不太稳定,会在一段时间内不停放射出粒子、射线和能量,如238U(铀)、40K(钾),这类元素被称为“放射性元素”,放射的過程被称为“放射性衰变”。放射过程通常会对生物体产生危害,也是我们通常所说的辐射。当元素停止衰变后,就变得跟其他元素一样稳定而无害了。

地球内部就存在这样的元素,并持续放射出能量,维持着地球内部的高温。

地球会有冷却的一天吗?

在45亿年前地球形成时,地核是完全融化的,正因为热量不断流失到太空中,地核逐渐冷却,才形成了固体的内核,而且内核的体积在冷却过程中不断增长。不过,这个过程非常缓慢,每年内核直径只增长1毫米。因为地核有一个“大棉袄”——地幔包裹着自己。

液态外核在向地幔输送热量,并通过地壳的薄弱之处升至地表,地球才有火山喷发、地震、温泉等现象。在这一过程中,外核中的液态金属快速流动和旋转,从而使地球产生了磁场。

当地球最终冷却下来的那一天到来,地球生命将面临一个非常艰难的时刻。地核金属停止流动,地球磁场消失,所有生命都将暴露在太阳辐射之下;火山喷发、地震等自然现象也会消失,虽然听上去是好事,但这些活动也为地球带来了肥沃的土壤,这些好处也会同时消失。

最终,地球会变得像现在的火星一样。不过,这只会发生在非常遥远的未来。

版权声明:三分钟阅读 发表于 2021年11月1日 上午8:06。
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