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人類從來沒有打穿過地球,那科學家是如何知道地球內部結構的?

很早的時候我們就知道,地球像一顆洋蔥一樣,是由一層一層的結構包裹起來的。我們所知道的結構分為四層,分別是固態、核心、液態、外核、地幔,還有地殼。其中地殼是地球的最外層,它每個地方的深度都不一樣,最深的地方有70公里,比如在陸地上的高原地區。最淺的地方只有幾公里,比如在深海的底部。不過整體來說,地殼平均深度在30公里到40公里之間,地球上所有的生命以及海洋還有大氣,我們能夠看到所有的一切都分佈在地殼之上。地幔是地球厚度最厚的一層範圍,從地殼和地幔的分介面向下延伸了大約2890公里。液態外核的範圍從地幔的最下層向下延伸了大約2260公里。這裡的物質保持著高溫的熔融狀態,溫度在5000攝氏度以上。剩下的結構就是固態核心,這就是以往我們所知的地球結構。

最近發表在地球物理研究雜誌上的一篇論文還指出。科學家在固態核心的深處又發現了一個新的分介面,在這個分介面之上,是以往我們認為的固態核心,主要的成分是鐵和鎳。在這個分介面之下的物質組成密度發生了變化,具體的組成成分現在還不是很清楚,但科學家猜測依舊是以鐵為主。這個新發現的分介面到地球中心的距離約為650公里,如果論文研究沒有問題,那麼這項發現將改寫我們的教科書。地球不再是隻有四層,而是變成了五層,在固態核心的深處,還包含著一層以前不為人知的結構。那問題是,科學家是如何發現這一層結構的?或者說,科學家是如何知道地球是一層一層的洋蔥結構的?一般按常理來說,我們要知道一個東西的結構,最簡單粗暴的辦法就是把它拆開來看一下,或者說打一個貫穿物體的洞,取出樣品看一下就一目瞭然了。

研究地球結構也可以用這個辦法,但唯一的難處就是地球實在是太大了,而且密度很大。想打穿地球,可以說是人類的痴心妄想,根本就辦不到。而且事實也證明了在地球上打洞是不明智的選擇。因為在上世紀的美國和蘇聯,他們就曾經在地球上打過洞,美國60年代的時候,他們就計劃在墨西哥海域的底部,也就是地表相對來說比較薄的地方,他們當時想鑽到地幔,後來就因為技術和資金的問題,只鑽了100多米就放棄了。蘇聯從1970年開始在西伯利亞的科拉半島轉了24年,花費了大量的人力和物力,本著大力出奇跡死磕的狀態。最後也只打了一個1萬多米的井。雖然這是人類目前所創造的最深的人工孔洞,但這個孔洞對於地球來說,就像是人的面板被蚊子叮了一下。

因此,我們現在對地球內部結構的瞭解並不是直接研究的結果,而是透過地球演化理論和地球物理研究間接獲得的結論。下面我們就說一下地球的演化。地球的形成和演化的過程,可以大致地告訴我們地球內部的結構。我們知道,在宇宙空間中,像地球這樣的宏觀天體,它的行程基本上只跟一種力有關,那就是引力,那當然也有電磁力的參與。不過在天體以及大尺度結構形成的過程中,引力起到了主導的作用。我們的地球在形成之初,在引力的作用下,大量的物質團塊、氣體分子會發生快速的碰撞聚集,並且在這個過程中會在短時間內不斷的釋放出巨大的引力勢能,那麼,引力勢能的釋放就增加了物質的內能,因此,地球在最初形成的時候就是一顆完全溶融狀態的大火球。

其次還有一種由引力引發的現象,這種現象今天我們在地球上也常會看到,那就是重物,它會下降,輕物它就會上升,例如一個木塊,它就可以漂浮在水面上A10塊。它就會沉到水底,精氣會逸散到太空,唉,二氧化碳這樣中的氣體,它就會沉到大氣的底部,在熔融的地球上,這樣的現象在地球形成的過程中也在不斷的發生,而且今天也在持續的發生。根據這個現象,我們就能夠確定的知道,地球越往深處走,它的密度就會不斷的上升,這就是為什麼現在的地球大氣漂浮在海洋之上,海洋又漂浮在地殼之上,地殼又漂浮在地幔之上。地慢,它又漂浮在地核之上。因此,根據地球形成和演化的歷史,我們就可以知道地球是一個有著不同密度組成、一層一層的洋蔥結構。由於地球剛形成的時候是一顆大火球,因此我們也能夠知道,越往地球的深處走,它內部的溫度會更高。如果現在的地球沒有完全冷卻的話,那麼,在地球的內部應該還保留著那個熔融狀態的核心。

從地球擁有的磁場中,我們也確切的能夠知道這一點。如果沒有融入狀態的核心,地球是不會像一臺發電機一樣。不斷地產生磁場,所以說。透過地球演化的歷史,我們就可以大致地知道地球內部的模樣,總結起來就是兩點。第一。地球內部的密度更高,不同的密度會形成不同的層次。第二,地球內部的溫度很高,甚至有熔融的液態層。那麼接下來的工作就是我們需要確切地知道地球內部有哪些分層,以及各個分層的深度組成成分等等這些資訊。唯一能夠幫助我們實現這一點的就是火山活動和地震波透過火山活動噴發出來的物質。我們可以確切地知道地板深處的物質成分,可以發現其中的物質比地殼含有更多的鐵以及美組成的矽酸鹽密度要比較大。

這也驗證了我們之前的理論猜測。透過地震波在地球內部傳播速度的變化,我們就能夠知道地球內部的分層狀況。首先我們要知道地震波分為P波和S波,P波是縱波,也就是壓縮波,介質的振動方向和波的傳播方向一致,聲音就是透過這種形式在介質中傳播的。S波是橫波,水面上激起的漣漪,就是這種形式的波,介質的振動方向和波的傳播方向垂直。當地球上的一點發生地震的時候,震源處產生的S波和P波會從一個點向四周擴散,這些波在遇到不同的物質狀態,或者說密度發生變化的時候,要麼無法透過,要麼就會發生偏折。分佈在全球各地的地震波監測點就能夠收集這些波,透過研究波發生的變化,分析出他們從碘鹽發射以後都經過了哪些變化,從而我們就知道了地球內部的結構。

例如S波,他不能透過液態物質,因此,我們就能夠知道在地球的內部確實有一個液態外核。然後我們分析哪些點不能夠監測到s波,哪些地方可以,我們就能夠大致地知道這個液態外核的大小。細胞在不同的物質密度中傳播的時候會發生折射,因此我們就能夠知道地球內部分層密度的變化,以及確切地知道密度變化發生了深度,這也就是知道了不同密度基層的分介面的位置。因此,透過P波,我們就知道了地殼和地幔有個密度變化的分介面,外核和核心有個密度變化的分介面,所以我們就大致的確定了地球內部的結構。但是透過這個方法對地球內部結構的描述,還不一定非常的準確,畢竟這只是透過間接的方式所獲得的結果。因此,關於地球內部真實的情況。我們人類目前還不是很清楚。就像這次,科學家透過研究地震波在地球內部的走勢資料。採用新的演算法,就重新構建了一個新的模型,發現核心還有一個新的分介面。在分介面之下,地核的密度更高,且結構出現了細微的差異。這個新的分頁面之下,被稱為地球的第五層。

分類: 星座
時間: 2022-01-08

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