從《流浪地球》認(rèn)識(shí)地?zé)崮?/h1>
2023-05-11 14:37:19徐繼山王萬(wàn)旭
科學(xué)24小時(shí) 2023年5期
徐繼山 王萬(wàn)旭
國(guó)產(chǎn)科幻影片《流浪地球》的海報(bào)
國(guó)產(chǎn)科幻影片《流浪地球》系列講述了這樣一個(gè)故事：由于太陽(yáng)加速膨脹，在不久的將來(lái)會(huì)發(fā)生氦閃危機(jī)，吞噬地球乃至整個(gè)太陽(yáng)系，人類不得不背井離鄉(xiāng)——帶著地球在黑暗無(wú)際的宇宙中流浪。帶著地球流浪，不是一趟說(shuō)走就走的旅行，它是一項(xiàng)復(fù)雜工程，需要做好各項(xiàng)準(zhǔn)備，考慮清楚種種可預(yù)見的以及不可預(yù)見的問題，其中首當(dāng)其沖的就是能源問題。要知道流浪需要幾千年，甚至幾萬(wàn)年的時(shí)間，煤炭、石油、天然氣都會(huì)耗盡，即使是核能也充滿了許多未知。假如真的有那么一天，還有沒有其他能源，能讓人類安全、放心、長(zhǎng)久地使用呢？有！這就是來(lái)自地球內(nèi)部的能源——地?zé)崮堋?/p>
在影片中，人類搬到了地下500米深的“地下城”中居住。為什么要選擇這里呢？這是因?yàn)榈厍蛲鉁囟鴥?nèi)熱，“地下城”既安全又溫暖，非常適合人類居住。此外，人類打通了地殼到地核的通道，可以利用地球深部的熱能發(fā)電，用以解決能源問題。據(jù)估算，只要技術(shù)條件具備，地?zé)豳Y源可供人類使用二三十億年，依靠這些能源，別說(shuō)流浪到比鄰星，就是流浪到河外星系都有可能。
或許有人會(huì)感到奇怪：地球的內(nèi)部蘊(yùn)藏著這么多的熱量，為什么我們感受不到呢？這是因?yàn)榈厍蚓哂腥咏Y(jié)構(gòu)，就像穿了一層層厚厚的外衣，將內(nèi)部的熱能嚴(yán)密地包裹著。
如果科學(xué)家真能發(fā)明出影片中的“深地電梯”，我們搭乘著它從地表到地核，那么就能夠直觀感受到溫度的變化。我們首先經(jīng)過的是地殼部分。地殼是地球外表最薄的一圈，平均厚度約17千米（陸地區(qū)域平均厚度約33千米）。與地球半徑相比，地殼很薄，但它與人類的關(guān)系最為密切。地殼自上而下大體可以劃分為變溫帶、常溫帶和增溫帶三個(gè)帶。變溫帶處在地表的最外層，它的溫度主要受太陽(yáng)輻射影響，隨著晝夜、季節(jié)的變化而變化。目前地表常年平均溫度約15℃，若沒了陽(yáng)光的照射，地表溫度就會(huì)急轉(zhuǎn)直下，影片中的情景（地表溫度達(dá)到零下七八十?dāng)z氏度）就會(huì)出現(xiàn)，地球會(huì)變成冰球。不過，由于日地相隔遙遠(yuǎn)，太陽(yáng)的威力是有限的，一般只能輻射到地下幾米、十幾米深（即使在高原和低緯度地區(qū)，最深也就是幾十米到幾百米）。這個(gè)深度的地層對(duì)光照具有緩沖作用，冬天不太冷，夏天不太熱，所以農(nóng)村的地窖、窯洞通常就只挖到幾米、十幾米的深度。如果再挖深一點(diǎn)，到20～30米，就到了常溫帶，那么太陽(yáng)輻射已是強(qiáng)弩之末，來(lái)自地球內(nèi)部的熱能剛好抵消上部地溫的變化，使這一層的溫度處于常年穩(wěn)定的狀態(tài)——十幾攝氏度。如果水井剛好處在這個(gè)深度，那么夏天的井水可以用來(lái)冰鎮(zhèn)食物，冬天則可以用來(lái)盥洗。再往深部去，就是地球內(nèi)熱正式生成的地方，一直到地殼底界。這一厚達(dá)十幾千米的地帶，平均每深100米，溫度就上升3℃，這一地帶就叫作“增溫帶”。
地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)與地?zé)?/p>
地表下17～2900千米的部位被稱為“地幔”，它介于地核和地殼之間，由致密的造巖物質(zhì)組成。那么，這些物質(zhì)是固態(tài)還是液態(tài)的呢？這不僅與溫度有關(guān)，還與壓力有關(guān)。根據(jù)地震波傳播曲線可以發(fā)現(xiàn)，在地表下410～660千米的地方存在一個(gè)過渡帶，其上為上地幔，高溫作用使巖石物質(zhì)呈熔融態(tài)；其下為下地幔，高壓作用使物質(zhì)呈可塑性固態(tài)。至于夾雜在中間的那一部分，很難說(shuō)清是固態(tài)還是液態(tài)。地幔溫度是無(wú)法直接測(cè)量的，只能用一些方法間接得到。地質(zhì)學(xué)家一般認(rèn)為，在上地幔的頂部存在一個(gè)軟流層，溫度約1100℃，是巖漿的發(fā)源地；下地幔溫度可達(dá)3700℃。
地表下2900～6371千米的區(qū)域被稱為“地核”，其物質(zhì)組成以鐵、鎳為主。地核可分為三帶，即外核、過渡帶和內(nèi)核。溫度一般為4000～6000℃，隨著深度的增加而增加。從核幔邊界到5000千米深處，屬外核部分，其物質(zhì)呈熔融態(tài)緩慢流動(dòng)，有人推測(cè)地球磁場(chǎng)的形成與外核有關(guān)。從5100千米深處到地心為內(nèi)核，呈固態(tài)。在內(nèi)、外核之間深4980～5120千米的地方存在一個(gè)不太厚的“過渡層”，影片《流浪地球》中“深地電梯”的底部就位于這里。地心的最高溫度高達(dá)6000℃，與太陽(yáng)表面的溫度不相上下，儼然一顆“小太陽(yáng)”。
那么，地球內(nèi)部的熱能是怎么來(lái)的呢？想要搞明白這個(gè)問題，就得從地球的演化過程說(shuō)起。有意思的是，地質(zhì)學(xué)家們的意見并不統(tǒng)一，存在著完全對(duì)立的“熱源說(shuō)”和“冷源說(shuō)”兩種觀點(diǎn)。
“熱源說(shuō)”是建立在地球熱起源假說(shuō)之上的。按照太陽(yáng)系星云假說(shuō)，整個(gè)太陽(yáng)系原本就是一團(tuán)灼熱的混沌，因冷卻而收縮，不斷旋積，才形成了現(xiàn)在的太陽(yáng)、地球等星體。還有一種說(shuō)法，認(rèn)為地球是從太陽(yáng)上“拋離”出來(lái)的，可能是由于太陽(yáng)內(nèi)部爆炸，也可能是由于外來(lái)星體的撞擊。支持“熱源說(shuō)”的地質(zhì)學(xué)家們都認(rèn)為原始地球的溫度高達(dá)5000℃（與現(xiàn)在的地核溫度相當(dāng)），地表布滿了巖漿，經(jīng)過了幾億年才冷卻下來(lái)。這樣說(shuō)來(lái)，地球內(nèi)部的熱能其實(shí)都是早期從“娘胎”里帶來(lái)的殘余熱。但是，一些地質(zhì)學(xué)家后來(lái)發(fā)現(xiàn)這些殘余熱還不足以使地球維持到現(xiàn)在。自1903年放射性元素被大量發(fā)現(xiàn)后，他們又認(rèn)為，放射性元素衰變產(chǎn)生的能量，能不斷地補(bǔ)充地球向宇宙空間散失的熱量，從而大大延緩了地球的冷卻速度。
太陽(yáng)系原始星云
持“冷源說(shuō)”的地質(zhì)學(xué)家們則認(rèn)為，早期的太陽(yáng)系星云是冷的，地球與其他行星一樣，是由這些低溫的塵埃、氣體和隕石等結(jié)合而成的。這些物質(zhì)一邊旋卷、一邊碰撞，將大部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變成熱能。由于它們的導(dǎo)熱性能差，熱量不易散失，于是聚積起來(lái)，變得越來(lái)越熱，原始地球內(nèi)部的溫度很快拉升起來(lái)。據(jù)推算，原始地球內(nèi)部的平均溫度約為1000℃。當(dāng)?shù)厍蛘叫纬梢院?，這種星云旋積熱退居次要地位，而放射性元素衰變熱開始發(fā)揮主要作用，直到現(xiàn)在。
盡管這兩種假說(shuō)的前提有所不同，但它們都強(qiáng)調(diào)了地內(nèi)放射性元素所起到的作用。實(shí)際上，影響地?zé)岬囊蛩赜泻芏啵热缜拔乃f(shuō)的太陽(yáng)輻射，還有地球轉(zhuǎn)動(dòng)熱、潮汐摩擦熱、宇宙射線（高能粒子流）熱、隕石撞擊熱，甚至是人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)造成的熱能等，但這些都是微乎其微的“小熱”，真正做出重大貢獻(xiàn)的還是放射性元素衰變熱。
地球上的放射性元素有很多，其中的鈾-238、鈾-235、釷-232、鉀-40等元素是釋放能量的佼佼者。它們?cè)诘厍蛑械暮扛?，放射效率也高，加之元素的放射性本?lái)就不受壓力、溫度、磁場(chǎng)的影響，只與時(shí)間（半衰期）有關(guān)，因此成為地?zé)崮茉吹姆€(wěn)定供給源。據(jù)推算，地球自形成以來(lái)，其內(nèi)部放射性元素衰變所產(chǎn)生的熱量平均每年為2.934×1017千焦。這是一個(gè)天文數(shù)字，以人類目前消耗能量的速率來(lái)測(cè)算，這些元素在一年內(nèi)產(chǎn)生的能量足夠人類使用幾百年。更何況，衰變熱在46億年的時(shí)間里一直在產(chǎn)生，而且絕大部分都被好好貯存著，所以地下世界是一個(gè)取之不盡、用之不竭的“熱庫(kù)”，這些能量也足夠支撐地球去流浪。
地球自誕生以來(lái)就一直在產(chǎn)生熱量，熱量積聚到一定程度，就會(huì)以某些形式釋放出來(lái)。事實(shí)上，地球內(nèi)外所發(fā)生的地質(zhì)作用和地質(zhì)變化都有著地?zé)岬挠白樱热绨鍓K運(yùn)動(dòng)、斷層活動(dòng)、火山噴發(fā)和地震活動(dòng)，甚至大氣降水、氣候變化等。那么，地球的熱量是如何散發(fā)出去的呢？總結(jié)起來(lái)，有傳導(dǎo)、對(duì)流和噴發(fā)三種形式。
? 這種散熱形式是直接接觸式的，即地球內(nèi)部的熱量通過地層層層傳導(dǎo)到地表上來(lái)。在傳導(dǎo)過程中，熱量會(huì)損失很多，各地由于地質(zhì)條件差異也有所不同，衡量這種傳導(dǎo)效率的參數(shù)稱為“大地?zé)崃髦怠?，也就是每平方米地球表面所獲得的熱量。目前地球陸地表面的熱流值平均為65毫瓦/平方米，這個(gè)數(shù)值只能點(diǎn)亮一支小小的激光筆。但是在構(gòu)造活躍的地方，比如在青藏高原羊卓雍湖附近就可以獲得1250～1670毫瓦/平方米的熱流值，可以點(diǎn)亮一只小燈泡。如果未來(lái)真的要為建地下城選址，那么青藏高原應(yīng)是不二之選，因?yàn)槟抢锖０胃?、地殼厚、地?zé)岽?。?jù)推算，我國(guó)陸地每年通過熱傳導(dǎo)的方式排出的熱量為2.03×1019焦，相當(dāng)于6336億噸的標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒所釋放的熱量，供全世界使用幾十年到上百年都綽綽有余。但是，這些熱量大部分都散失在大氣層中了，只有少部分貯存在地?zé)崽锢?。地?zé)崽锞哂刑厥獾牡刭|(zhì)結(jié)構(gòu)——主體是熱儲(chǔ)層（比如水），上面覆蓋著具有隔熱性能的地層，就像蓄電池一樣將熱量保存著。
地?zé)岬膫鲗?dǎo)與對(duì)流
這種散熱形式需要借助一定的流體進(jìn)行，最常見的便是水。它的過程是這樣的：大氣層中的水汽凝結(jié)形成降水，滲入大地，水就變成了地下水。地下水匯集后，被地?zé)峒訜幔渌兂蔁崴?，形成熱?duì)流。這些熱水遇到地層斷裂的地方就會(huì)涌出來(lái)，形成溫泉。溫泉地?zé)岬男纬赏捎诰哂袩醿?chǔ)層而沒有隔熱層，或者隔熱層比較薄，所以地表熱異常明顯，容易被人發(fā)現(xiàn)。由于溫泉從地下深部而來(lái)，沿途會(huì)不斷吸收巖石、土壤中的熱量并溶解其中的礦物質(zhì)，所以溫泉水富含多種成分，甚至具有某些醫(yī)療保健的作用。常泡溫泉，可起到舒筋活血、消腫化瘀、安神助眠的功效。
這種形式是最為激烈的。主角是來(lái)自上地幔軟流層的巖漿，其溫度高達(dá)850～1250℃，是具有較強(qiáng)黏性的流體。當(dāng)它穿過地殼噴出地表并冷卻凝結(jié)時(shí)，就形成了以玄武巖為主的噴出巖，由此把所攜帶的熱量散發(fā)出去。當(dāng)它侵入地殼的巖石圈時(shí)，就在地下形成以花崗巖為主的侵入巖，就像地下爐灶一般炙烤著上面的蓋層。如果地下水循環(huán)到這里，那么就會(huì)被這“爐火”加熱而對(duì)流或蒸騰出來(lái)，進(jìn)而形成高溫溫泉或高溫地?zé)崽铩Ｅc其他兩種方式不同，這一種地?zé)崽锏姆植季哂幸欢ǖ囊?guī)律性，大多分布在地球的火山構(gòu)造帶上。
常言道：“離家方知故鄉(xiāng)好”，重溫影片中的場(chǎng)景，當(dāng)人類邁開流浪的步伐時(shí)，才真正體會(huì)到地球的美好。雖然《流浪地球》只是一部科幻影片，但是站在更加宏大的視角上看，地球連同太陽(yáng)系不是一直都在銀河系中“流浪”的嗎？在這漫漫征程中，大地之熱也一定會(huì)照亮地球流浪之路，溫暖前進(jìn)之人，永續(xù)人類文明之火種。
火山噴發(fā)釋放地?zé)?/p>
致謝
感謝國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（42177123、42042054、41302249、42130706）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2021YFA0716000）、中國(guó)石油-北京大學(xué)基礎(chǔ)研究合作項(xiàng)目、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目（2023Y02、2022ZX01、2021KCSZ34Y、2020YB20、2019YJSJG011）、全國(guó)煤炭行業(yè)高等教育教學(xué)改革研究課題（2021MXJG179）、國(guó)家一流專業(yè)建設(shè)點(diǎn)地質(zhì)工程項(xiàng)目支持。
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在影片中，人類搬到了地下500米深的“地下城”中居住。為什么要選擇這里呢？這是因?yàn)榈厍蛲鉁囟鴥?nèi)熱，“地下城”既安全又溫暖，非常適合人類居住。此外，人類打通了地殼到地核的通道，可以利用地球深部的熱能發(fā)電，用以解決能源問題。據(jù)估算，只要技術(shù)條件具備，地?zé)豳Y源可供人類使用二三十億年，依靠這些能源，別說(shuō)流浪到比鄰星，就是流浪到河外星系都有可能。
或許有人會(huì)感到奇怪：地球的內(nèi)部蘊(yùn)藏著這么多的熱量，為什么我們感受不到呢？這是因?yàn)榈厍蚓哂腥咏Y(jié)構(gòu)，就像穿了一層層厚厚的外衣，將內(nèi)部的熱能嚴(yán)密地包裹著。
如果科學(xué)家真能發(fā)明出影片中的“深地電梯”，我們搭乘著它從地表到地核，那么就能夠直觀感受到溫度的變化。我們首先經(jīng)過的是地殼部分。地殼是地球外表最薄的一圈，平均厚度約17千米（陸地區(qū)域平均厚度約33千米）。與地球半徑相比，地殼很薄，但它與人類的關(guān)系最為密切。地殼自上而下大體可以劃分為變溫帶、常溫帶和增溫帶三個(gè)帶。變溫帶處在地表的最外層，它的溫度主要受太陽(yáng)輻射影響，隨著晝夜、季節(jié)的變化而變化。目前地表常年平均溫度約15℃，若沒了陽(yáng)光的照射，地表溫度就會(huì)急轉(zhuǎn)直下，影片中的情景（地表溫度達(dá)到零下七八十?dāng)z氏度）就會(huì)出現(xiàn)，地球會(huì)變成冰球。不過，由于日地相隔遙遠(yuǎn)，太陽(yáng)的威力是有限的，一般只能輻射到地下幾米、十幾米深（即使在高原和低緯度地區(qū)，最深也就是幾十米到幾百米）。這個(gè)深度的地層對(duì)光照具有緩沖作用，冬天不太冷，夏天不太熱，所以農(nóng)村的地窖、窯洞通常就只挖到幾米、十幾米的深度。如果再挖深一點(diǎn)，到20～30米，就到了常溫帶，那么太陽(yáng)輻射已是強(qiáng)弩之末，來(lái)自地球內(nèi)部的熱能剛好抵消上部地溫的變化，使這一層的溫度處于常年穩(wěn)定的狀態(tài)——十幾攝氏度。如果水井剛好處在這個(gè)深度，那么夏天的井水可以用來(lái)冰鎮(zhèn)食物，冬天則可以用來(lái)盥洗。再往深部去，就是地球內(nèi)熱正式生成的地方，一直到地殼底界。這一厚達(dá)十幾千米的地帶，平均每深100米，溫度就上升3℃，這一地帶就叫作“增溫帶”。
地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)與地?zé)?/p>
地表下17～2900千米的部位被稱為“地幔”，它介于地核和地殼之間，由致密的造巖物質(zhì)組成。那么，這些物質(zhì)是固態(tài)還是液態(tài)的呢？這不僅與溫度有關(guān)，還與壓力有關(guān)。根據(jù)地震波傳播曲線可以發(fā)現(xiàn)，在地表下410～660千米的地方存在一個(gè)過渡帶，其上為上地幔，高溫作用使巖石物質(zhì)呈熔融態(tài)；其下為下地幔，高壓作用使物質(zhì)呈可塑性固態(tài)。至于夾雜在中間的那一部分，很難說(shuō)清是固態(tài)還是液態(tài)。地幔溫度是無(wú)法直接測(cè)量的，只能用一些方法間接得到。地質(zhì)學(xué)家一般認(rèn)為，在上地幔的頂部存在一個(gè)軟流層，溫度約1100℃，是巖漿的發(fā)源地；下地幔溫度可達(dá)3700℃。
地表下2900～6371千米的區(qū)域被稱為“地核”，其物質(zhì)組成以鐵、鎳為主。地核可分為三帶，即外核、過渡帶和內(nèi)核。溫度一般為4000～6000℃，隨著深度的增加而增加。從核幔邊界到5000千米深處，屬外核部分，其物質(zhì)呈熔融態(tài)緩慢流動(dòng)，有人推測(cè)地球磁場(chǎng)的形成與外核有關(guān)。從5100千米深處到地心為內(nèi)核，呈固態(tài)。在內(nèi)、外核之間深4980～5120千米的地方存在一個(gè)不太厚的“過渡層”，影片《流浪地球》中“深地電梯”的底部就位于這里。地心的最高溫度高達(dá)6000℃，與太陽(yáng)表面的溫度不相上下，儼然一顆“小太陽(yáng)”。
那么，地球內(nèi)部的熱能是怎么來(lái)的呢？想要搞明白這個(gè)問題，就得從地球的演化過程說(shuō)起。有意思的是，地質(zhì)學(xué)家們的意見并不統(tǒng)一，存在著完全對(duì)立的“熱源說(shuō)”和“冷源說(shuō)”兩種觀點(diǎn)。
“熱源說(shuō)”是建立在地球熱起源假說(shuō)之上的。按照太陽(yáng)系星云假說(shuō)，整個(gè)太陽(yáng)系原本就是一團(tuán)灼熱的混沌，因冷卻而收縮，不斷旋積，才形成了現(xiàn)在的太陽(yáng)、地球等星體。還有一種說(shuō)法，認(rèn)為地球是從太陽(yáng)上“拋離”出來(lái)的，可能是由于太陽(yáng)內(nèi)部爆炸，也可能是由于外來(lái)星體的撞擊。支持“熱源說(shuō)”的地質(zhì)學(xué)家們都認(rèn)為原始地球的溫度高達(dá)5000℃（與現(xiàn)在的地核溫度相當(dāng)），地表布滿了巖漿，經(jīng)過了幾億年才冷卻下來(lái)。這樣說(shuō)來(lái)，地球內(nèi)部的熱能其實(shí)都是早期從“娘胎”里帶來(lái)的殘余熱。但是，一些地質(zhì)學(xué)家后來(lái)發(fā)現(xiàn)這些殘余熱還不足以使地球維持到現(xiàn)在。自1903年放射性元素被大量發(fā)現(xiàn)后，他們又認(rèn)為，放射性元素衰變產(chǎn)生的能量，能不斷地補(bǔ)充地球向宇宙空間散失的熱量，從而大大延緩了地球的冷卻速度。
太陽(yáng)系原始星云
持“冷源說(shuō)”的地質(zhì)學(xué)家們則認(rèn)為，早期的太陽(yáng)系星云是冷的，地球與其他行星一樣，是由這些低溫的塵埃、氣體和隕石等結(jié)合而成的。這些物質(zhì)一邊旋卷、一邊碰撞，將大部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變成熱能。由于它們的導(dǎo)熱性能差，熱量不易散失，于是聚積起來(lái)，變得越來(lái)越熱，原始地球內(nèi)部的溫度很快拉升起來(lái)。據(jù)推算，原始地球內(nèi)部的平均溫度約為1000℃。當(dāng)?shù)厍蛘叫纬梢院?，這種星云旋積熱退居次要地位，而放射性元素衰變熱開始發(fā)揮主要作用，直到現(xiàn)在。
盡管這兩種假說(shuō)的前提有所不同，但它們都強(qiáng)調(diào)了地內(nèi)放射性元素所起到的作用。實(shí)際上，影響地?zé)岬囊蛩赜泻芏啵热缜拔乃f(shuō)的太陽(yáng)輻射，還有地球轉(zhuǎn)動(dòng)熱、潮汐摩擦熱、宇宙射線（高能粒子流）熱、隕石撞擊熱，甚至是人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)造成的熱能等，但這些都是微乎其微的“小熱”，真正做出重大貢獻(xiàn)的還是放射性元素衰變熱。
地球上的放射性元素有很多，其中的鈾-238、鈾-235、釷-232、鉀-40等元素是釋放能量的佼佼者。它們?cè)诘厍蛑械暮扛?，放射效率也高，加之元素的放射性本?lái)就不受壓力、溫度、磁場(chǎng)的影響，只與時(shí)間（半衰期）有關(guān)，因此成為地?zé)崮茉吹姆€(wěn)定供給源。據(jù)推算，地球自形成以來(lái)，其內(nèi)部放射性元素衰變所產(chǎn)生的熱量平均每年為2.934×1017千焦。這是一個(gè)天文數(shù)字，以人類目前消耗能量的速率來(lái)測(cè)算，這些元素在一年內(nèi)產(chǎn)生的能量足夠人類使用幾百年。更何況，衰變熱在46億年的時(shí)間里一直在產(chǎn)生，而且絕大部分都被好好貯存著，所以地下世界是一個(gè)取之不盡、用之不竭的“熱庫(kù)”，這些能量也足夠支撐地球去流浪。
地球自誕生以來(lái)就一直在產(chǎn)生熱量，熱量積聚到一定程度，就會(huì)以某些形式釋放出來(lái)。事實(shí)上，地球內(nèi)外所發(fā)生的地質(zhì)作用和地質(zhì)變化都有著地?zé)岬挠白樱热绨鍓K運(yùn)動(dòng)、斷層活動(dòng)、火山噴發(fā)和地震活動(dòng)，甚至大氣降水、氣候變化等。那么，地球的熱量是如何散發(fā)出去的呢？總結(jié)起來(lái)，有傳導(dǎo)、對(duì)流和噴發(fā)三種形式。
? 這種散熱形式是直接接觸式的，即地球內(nèi)部的熱量通過地層層層傳導(dǎo)到地表上來(lái)。在傳導(dǎo)過程中，熱量會(huì)損失很多，各地由于地質(zhì)條件差異也有所不同，衡量這種傳導(dǎo)效率的參數(shù)稱為“大地?zé)崃髦怠?，也就是每平方米地球表面所獲得的熱量。目前地球陸地表面的熱流值平均為65毫瓦/平方米，這個(gè)數(shù)值只能點(diǎn)亮一支小小的激光筆。但是在構(gòu)造活躍的地方，比如在青藏高原羊卓雍湖附近就可以獲得1250～1670毫瓦/平方米的熱流值，可以點(diǎn)亮一只小燈泡。如果未來(lái)真的要為建地下城選址，那么青藏高原應(yīng)是不二之選，因?yàn)槟抢锖０胃?、地殼厚、地?zé)岽?。?jù)推算，我國(guó)陸地每年通過熱傳導(dǎo)的方式排出的熱量為2.03×1019焦，相當(dāng)于6336億噸的標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒所釋放的熱量，供全世界使用幾十年到上百年都綽綽有余。但是，這些熱量大部分都散失在大氣層中了，只有少部分貯存在地?zé)崽锢?。地?zé)崽锞哂刑厥獾牡刭|(zhì)結(jié)構(gòu)——主體是熱儲(chǔ)層（比如水），上面覆蓋著具有隔熱性能的地層，就像蓄電池一樣將熱量保存著。
地?zé)岬膫鲗?dǎo)與對(duì)流
這種散熱形式需要借助一定的流體進(jìn)行，最常見的便是水。它的過程是這樣的：大氣層中的水汽凝結(jié)形成降水，滲入大地，水就變成了地下水。地下水匯集后，被地?zé)峒訜幔渌兂蔁崴?，形成熱?duì)流。這些熱水遇到地層斷裂的地方就會(huì)涌出來(lái)，形成溫泉。溫泉地?zé)岬男纬赏捎诰哂袩醿?chǔ)層而沒有隔熱層，或者隔熱層比較薄，所以地表熱異常明顯，容易被人發(fā)現(xiàn)。由于溫泉從地下深部而來(lái)，沿途會(huì)不斷吸收巖石、土壤中的熱量并溶解其中的礦物質(zhì)，所以溫泉水富含多種成分，甚至具有某些醫(yī)療保健的作用。常泡溫泉，可起到舒筋活血、消腫化瘀、安神助眠的功效。
這種形式是最為激烈的。主角是來(lái)自上地幔軟流層的巖漿，其溫度高達(dá)850～1250℃，是具有較強(qiáng)黏性的流體。當(dāng)它穿過地殼噴出地表并冷卻凝結(jié)時(shí)，就形成了以玄武巖為主的噴出巖，由此把所攜帶的熱量散發(fā)出去。當(dāng)它侵入地殼的巖石圈時(shí)，就在地下形成以花崗巖為主的侵入巖，就像地下爐灶一般炙烤著上面的蓋層。如果地下水循環(huán)到這里，那么就會(huì)被這“爐火”加熱而對(duì)流或蒸騰出來(lái)，進(jìn)而形成高溫溫泉或高溫地?zé)崽铩Ｅc其他兩種方式不同，這一種地?zé)崽锏姆植季哂幸欢ǖ囊?guī)律性，大多分布在地球的火山構(gòu)造帶上。
常言道：“離家方知故鄉(xiāng)好”，重溫影片中的場(chǎng)景，當(dāng)人類邁開流浪的步伐時(shí)，才真正體會(huì)到地球的美好。雖然《流浪地球》只是一部科幻影片，但是站在更加宏大的視角上看，地球連同太陽(yáng)系不是一直都在銀河系中“流浪”的嗎？在這漫漫征程中，大地之熱也一定會(huì)照亮地球流浪之路，溫暖前進(jìn)之人，永續(xù)人類文明之火種。
火山噴發(fā)釋放地?zé)?/p>
致謝
感謝國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（42177123、42042054、41302249、42130706）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2021YFA0716000）、中國(guó)石油-北京大學(xué)基礎(chǔ)研究合作項(xiàng)目、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目（2023Y02、2022ZX01、2021KCSZ34Y、2020YB20、2019YJSJG011）、全國(guó)煤炭行業(yè)高等教育教學(xué)改革研究課題（2021MXJG179）、國(guó)家一流專業(yè)建設(shè)點(diǎn)地質(zhì)工程項(xiàng)目支持。
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