地底深處

吳東東　西蒙　謝巍　李江

我們總是把地球比作母親。的確，古老而仁慈的地球一直默默地哺育著地球上的所有生命，但對于地球母親我們卻是索取多于反哺。也許我們平時并沒有意識到大自然到底帶給了我們什么，下面就讓我們來感受地球母親的慷慨饋贈吧。

首先我們來認識地下豐富的礦物資源，它是我們的基礎(chǔ)能源和制造日用品的基礎(chǔ)原料。人類通過開鑿礦井來采集礦物。

超級大火爐

火山是一種常見的自然地貌形態(tài)，是由地下熔融物質(zhì)及其攜帶的固體碎屑沖出地表后堆積形成的山體。地殼之下100—150千米處，有一個“液態(tài)區(qū)”，區(qū)內(nèi)存在著高溫、高壓下含氣體揮發(fā)成分的熔融狀硅酸鹽物質(zhì)，即巖漿。巖漿一旦從地殼薄弱的地段沖出地表，就會形成火山?；鹕椒譃榛罨鹕?、死火山和休眠火山?；鹕绞菬霟岬匦牡拇翱?，是地球上最具爆發(fā)性的力量之一，火山爆發(fā)往往形成火山泥石流、熔巖流等地質(zhì)災(zāi)害?；鹕奖l(fā)時會噴出多種物質(zhì)，主要物質(zhì)為火山灰?；鹕交夷虝纬苫鹕侥啵鹕侥嘣谝苯?、化工、醫(yī)療、壁材領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

火山爆發(fā)時，向上噴出的熔巖和碎屑可高達數(shù)百米，而火山灰甚至可以達到十幾千米。這樣的火山爆發(fā)有可能會摧毀臨近的城市。但火山帶給人們的并不只有災(zāi)害，如果沒有火山，地貌不可能像今天這樣千姿百態(tài)。

數(shù)十億年前，當?shù)厍騽倓傂纬蓵r，地球上到處都是活火山。這些火山為地球表面提供了熱能、水以及大量的二氧化碳和地球大氣層形成初期所需要的其他元素。科學家認為，火山爆發(fā)是地球天然氣候的一種調(diào)整機制。

我們至今也還不完全清楚，地球上的生命是怎樣起源的。有一種理論認為，火山噴發(fā)有利于合成有機聚合物和氨基酸。氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組成單位，而蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)。

地球生命的萌芽，無疑得益于火山噴發(fā)出來的有機物質(zhì)。火山灰里富含磷、鉀、鎂，很多火山周圍的土地都非常肥沃。

火山活動還促成了一些新的陸地的形成。夏威夷群島、冰島等，就是海底火山噴發(fā)而形成的。

內(nèi)部大剖析

研究地球內(nèi)部可不是一件容易的事，地球的半徑差不多有6300千米，而且越是靠近地心的地方人們越難觀測到那里的情況，因為那兒的溫度特別高。

既然不能深入地底深處一探究竟，科學家就利用地震波來研究地球內(nèi)部的構(gòu)造，因為地震所產(chǎn)生的波動會傳遞到地球的各個區(qū)域。

地震波本身的速度取決于溫度、壓力和穿越介質(zhì)等因素。通過對地震波的研究，科學家粗略地知道了地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)是指地球內(nèi)部的分層結(jié)構(gòu)。根據(jù)地震波在地下不同深度傳播速度的變化，一般將地球內(nèi)部分為三個同心球?qū)樱旱睾?、地幔和地殼。中心層是地核，中間是地幔，外層是地殼。地殼與地幔之間由莫霍面界開，地幔與地核之間由古登堡面界開。地震一般發(fā)生在地殼之中。地殼內(nèi)部在不停地變化，由此而產(chǎn)生力的作用，使地殼巖層變形、斷裂、錯動，于是便發(fā)生地震。超級地震是指震波極其強烈的大地震，其破壞程度是原子彈的數(shù)倍，破壞力十分大。

1910年，南斯拉夫地震學家莫霍洛維契奇意外地發(fā)現(xiàn)，地震波在傳到地下50千米處有折射現(xiàn)象發(fā)生。他認為，發(fā)生折射的地帶就是地殼和地殼下面不同物質(zhì)的分界面。1914年，德國地震學家古登堡發(fā)現(xiàn)，在地下2900千米深處，存在著另一個分隔不同物質(zhì)的界面。后來，人們?yōu)榱思o念他們，就將這兩個面分別命名為“莫霍面”和“古登堡面”，并根據(jù)這兩個面把地球分為地殼、地幔和地核三個圈層。

地震是地球內(nèi)部介質(zhì)局部發(fā)生急劇破裂產(chǎn)生的震波在一定范圍內(nèi)引起地面震動的現(xiàn)象。地震就是地球表層的快速震動，在古代被稱為地動。它就像刮風、下雨、閃電一樣，是地球上經(jīng)常出現(xiàn)的一種自然現(xiàn)象。大地震動是地震最直觀、最普遍的表現(xiàn)。在海底或濱海地區(qū)發(fā)生的強烈地震，能引起巨大的波浪，稱為海嘯。地震是極其頻繁的，全球每年發(fā)生地震大概500萬次，大部分發(fā)生在環(huán)太平洋地震帶上。

今天，探測器可以遨游太陽系外層空間，但對人類腳下的地球內(nèi)部卻鞭長莫及。目前世界上最深的鉆孔也不過12千米，連地殼都沒有穿透。科學家只能通過研究地震波、地磁波和火山爆發(fā)來猜測和分析地球內(nèi)部的秘密。

直達地心

地球上距離地心最遠的地方是哪里？你肯定會脫口而出：當然是珠穆朗瑪峰了！但實際上卻是位于南美洲厄瓜多爾的坎博拉索山，它海拔6272米。

原因就在于地球并不是一個正圓球，而是一個兩極稍扁、赤道處略鼓的不規(guī)則球形，坎博拉索山的頂峰正好位于鼓起的赤道附近。

由于在實驗室里也很難模擬地球內(nèi)部的情況，因此人們對它了解得還很少。但有一點科學家是深信不疑的：地球內(nèi)部是一個極不平靜的世界，地球內(nèi)部的各種物質(zhì)始終處于不停息的運動之中。有的科學家認為，地球內(nèi)部各層次的物質(zhì)不僅有水平方向的局部流動，而且還有上下之間的對流運動，只不過這種對流的速度很小，每年僅移動1 厘米左右。有的科學家還推測，地核內(nèi)部的物質(zhì)可能受到太陽和月亮的引力而發(fā)生有節(jié)奏的震動。

做一個簡單的模擬實驗：在裝滿水的礦泉水瓶子里放入一顆小石子，擰上瓶蓋，瓶身系上一根繩子，手拽住繩子的另一端快速甩動繩子，使瓶子在垂直方向做圓周運動。實驗的結(jié)果是，瓶子內(nèi)的石子始終偏向牽引它做運動的繩子（即引力）的反方向。

同樣的道理，地球在太陽引力作用下繞太陽旋轉(zhuǎn)，地核將偏向太陽引力的反方向，不在地球中心。

地球的結(jié)構(gòu)同其他類地行星相似，是層狀的，這些層可以通過它們的化學特性和流變學特性確定。地球擁有一個富含硅的地殼、一個非常黏稠的地幔、一個液體的外核和一個固體的內(nèi)核。這些對地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認識來源于物理學證據(jù)和一些推斷，這些證據(jù)包括火山噴出的物質(zhì)和地震波。地球內(nèi)部從古登堡不連續(xù)面起，一直到地球中心，被稱為地核。

關(guān)于內(nèi)核的物質(zhì)構(gòu)成，學術(shù)界有不少爭議，許多人認為主要是由鐵和鎳組成的。但究竟是不是這樣，還有待于進一步探索、證明。此外，內(nèi)外核也不是截然分開的。地核的密度很大，即使是最堅硬的金剛石，在這里也會被壓得跟黃油那樣軟。

有科學家提出，地球猶如一個天然的巨大核反應(yīng)堆，人類則生活在它厚厚的地殼上。而地球表面之下3000千米深的地方，是直徑和火星差不多大的地核，由于這里放射性元素集中，這些放射性元素天然的衰變或核裂變過程會釋放能量，這些能量成為火山能量和地熱的來源之一。

20世紀50年代就有科學家提出，行星表面甚至內(nèi)部都可能存在自然的核反應(yīng)，但這種理論的第一個物理證據(jù)出現(xiàn)在20世紀70年代。當時法國科學家在非洲加蓬一處鈾礦點發(fā)現(xiàn)了發(fā)生于地表的天然連鎖核反應(yīng)，這一核反應(yīng)已經(jīng)持續(xù)了數(shù)十萬年，并在這一漫長的過程中消耗了數(shù)噸重的鈾。