地球燃燒物質(zhì)的起源以及山的形成

在地球內(nèi)部，始終有火焰在熊熊燃燒，溫度高達(dá)3000至6700多攝氏度。那么，地球內(nèi)部幾十億年如此高溫燃燒，這燃燒的物質(zhì)從何而來？而且燃燒后的巖漿物質(zhì)通過各種強(qiáng)大力量隆起，形成高山陸地。既然地球內(nèi)部的物質(zhì)不斷隆起，必然需要有物質(zhì)進(jìn)行源源不斷地輸送補(bǔ)充。經(jīng)分析推測，這燃燒的物質(zhì)來自于地球地殼及海洋物質(zhì)的持續(xù)補(bǔ)充。既然存在燃燒物質(zhì)的補(bǔ)充，那么加料點在何處？為何人類千萬年來都未發(fā)現(xiàn)這個隱蔽之處？若在陸地，理應(yīng)容易被察覺，所以它極有可能位于隱秘的大洋深處。

一、地球燃燒的物質(zhì)來自地殼海洋，加料點在海溝

燃燒物質(zhì)補(bǔ)充“加料點”主要分布于四大洋里的30多條海溝，它們呈規(guī)律分布。其中，太平洋有21條（馬里亞納海溝-11034米、湯加海溝-10882米、日本海溝-10682米、千島海溝-10542米、菲律賓海溝-10497米、克馬德克海溝-10047米、小笠原海溝-9810米、新赫布里底海溝-9174米、托雷斯海溝-9162米、沃爾卡諾海溝-9156米、布干維爾海溝-9140米、雅浦海溝-8850米、新不列顛海溝-8320米、圣克里斯托瓦爾海溝-8310米、帕勞海溝-8069、秘魯-智利海溝-8064米、阿留申海溝-7822米、琉球海溝-7507米、中美海溝-6669米、西美拉尼西亞海溝-6534米、維提亞茲海溝-6150米）；大西洋6條（波多黎各海溝-9219米、南桑威奇海溝-8428米、羅曼什海溝-7856米、開曼海溝-7680米、多米尼加海溝-6200米、希臘海槽-5121米）；印度洋7條（阿米蘭特海溝-9074米、蒂阿曼蒂那海溝-8047米、爪哇海溝-7450米、維馬海溝-6492米、鄂畢海溝-5714米、毛里求斯海溝-5564米、查戈斯海溝，深5408米）；北冰洋5條（利特克海溝-5449米、弗拉馬海溝-5335米、南森海盆-5527米、馬卡羅夫海盆-4123米、加拿大海盆-3879米）[1]。當(dāng)?shù)厍蛐枰a(bǔ)充燃燒物質(zhì)時，海溝就如同自動開啟的通道。此時，強(qiáng)烈的地震、海嘯或火山噴發(fā)等自然現(xiàn)象往往隨之發(fā)生。由于大洋深邃廣闊，人類通常只能觀察到這些現(xiàn)象的表面，難以洞察其內(nèi)在的深層奧秘。這種持續(xù)的物質(zhì)輸送和燃料補(bǔ)充，致使地殼緩慢但持續(xù)地移動。同時，大量的巖漿也依據(jù)地球內(nèi)部運轉(zhuǎn)規(guī)律時而涌起時而噴發(fā)。這些過程神秘且難以直接觀測，但它們是地球內(nèi)部動態(tài)平衡和能量轉(zhuǎn)換的重要組成部分。

至于難以觀察到這些過程的原因，主要是海溝深處的極端環(huán)境以及當(dāng)前技術(shù)的限制。海溝是地球上最深的地方，其深處的壓力和溫度條件使得直接探測極為困難。然而，科學(xué)家們借助地震學(xué)、地質(zhì)學(xué)和地球化學(xué)等手段，對這些過程有了更深入的了解。盡管無法直接看到這些隱蔽的“加料點”，但通過科學(xué)研究，能夠揭示地球內(nèi)部物質(zhì)循環(huán)的奧秘和規(guī)律[2]。

二、地球圈層結(jié)構(gòu)及各圈層的主要特點

地球圈層結(jié)構(gòu)分為地球外部圈層和地球內(nèi)部圈層兩大部分。地球外部圈層可進(jìn)一步劃分為三個基本圈層，即大氣圈、水圈、生物圈。而地球內(nèi)圈也劃分為三個基本圈層，即地殼、地幔和地核。地殼和上地幔頂部（軟流層以上）由堅硬的巖石組成，合稱巖石圈。因本文主要研究地球的內(nèi)部圈層，故僅對地球的內(nèi)部圈層進(jìn)行詳細(xì)介紹。

（一）地殼

地球的表層結(jié)構(gòu)。作為地球表面的外層，是人類生活和生產(chǎn)活動的空間。盡管其厚度相對較薄，但具有顯著的不均勻性。大陸地殼的平均厚度約為35公里，其中最厚的部分位于我國的青藏高原地區(qū)，厚度超過65公里。相比之下，海洋地殼的厚度要薄得多，僅在5至10公里之間。綜合來看，全球地殼的平均厚度大約為17公里。地殼主要由巖石構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)分為不同層次。在大陸地區(qū)，地殼的上層主要由花崗巖組成，下層則可能包含麻粒巖和閃巖。在海洋底部，地殼主要由橄欖巖構(gòu)成。此外，土壤作為地殼表面的薄薄一層，由巖石風(fēng)化產(chǎn)生的礦物質(zhì)、動植物殘體分解產(chǎn)生的有機(jī)物、水分以及空氣等成分混合而成。隨著深入地殼，溫度會逐漸升高[2]。

（二）地幔

地幔是地球內(nèi)部的中間層，其厚度大約為2865公里，占據(jù)了地球內(nèi)部體積和質(zhì)量的最大部分。地幔進(jìn)一步被劃分為上地幔和下地幔兩個層次。上地幔的頂部存在一個特殊區(qū)域，稱為軟流層，這是巖漿的發(fā)源地。軟流層以上的地幔部分與地殼緊密結(jié)合，共同構(gòu)成巖石圈。而下地幔具有更高的溫度、壓力和密度，物質(zhì)在這種極端環(huán)境下呈現(xiàn)出可塑性的固態(tài)狀態(tài)。值得注意的是，地殼中存在的有機(jī)物、水分和空氣等成分在地幔中并不存在。隨著深度增加，地殼的溫度也隨之上升[3]。

（三）地核

作為地球最深處的核心層，其平均厚度約為3400公里。它在地球的總質(zhì)量和體積中占有顯著比例，分別占31.5%和16.2%。地核分為液態(tài)的外核和固態(tài)的內(nèi)核。外核的緩慢流動被認(rèn)為是地球磁場形成的關(guān)鍵因素之一。內(nèi)核因橫波能夠通過，表明它是固態(tài)的[4]。 科學(xué)已證明，地球內(nèi)部的物質(zhì)不僅在水平方向上發(fā)生局部流動，還存在垂直方向的對流運動，盡管這種對流的速度非常緩慢，每年僅移動約1厘米。此外，有觀點推測地核內(nèi)部的物質(zhì)可能受到太陽和月球引力的影響，從而產(chǎn)生有節(jié)奏震動。這些理論揭示了地球內(nèi)部動態(tài)的復(fù)雜性，盡管人類對地核的了解還遠(yuǎn)未完全，但這些發(fā)現(xiàn)為揭開地球深部秘密提供了寶貴線索。

三、海溝?；〉男纬呻[藏巨大的奧秘

海溝的形成是地質(zhì)學(xué)上一個復(fù)雜而重要的現(xiàn)象，其形成原因主要與大陸板塊和大洋板塊的相互作用有關(guān)。

（一）板塊擠壓和張裂

海溝的形成主要源于大洋板塊與大陸板塊之間的自然開合。當(dāng)?shù)厍騼?nèi)部需加料時，密度較大的大洋板塊會俯沖至密度較小的大陸板塊之下。當(dāng)大洋板塊以大約30度的角度向大陸板塊下俯沖時，其前端因受到強(qiáng)烈擠壓而發(fā)生下潛和彎曲，形成一側(cè)陡峭、另一側(cè)相對平緩的深邃海溝。

（二）地殼物質(zhì)重力作用

除了板塊開合的直接影響，地殼物質(zhì)重力作用也是海溝形成的關(guān)鍵因素。海溝區(qū)域的重力值通常低于正常值，這表明在巨大壓力作用下，地幔隆起形成的地球內(nèi)部暫時空隙需要燃燒物質(zhì)填充，因此海溝下的巖石圈被迫向下沉降加料，從而加深海溝深度。

（三）火山與地震活動：海溝區(qū)域常常是火山和地震活動的熱點區(qū)域。這是因為在板塊開合和俯沖的過程中，地殼物質(zhì)遭受強(qiáng)烈的擠壓變形，產(chǎn)生巨大的震動和能量，從而引發(fā)火山爆發(fā)、地震或海嘯。這些地質(zhì)活動不僅塑造了海溝的形態(tài)，而且對其周邊地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

綜合上述，島弧的形成與劇烈的地質(zhì)活動緊密相連，包括強(qiáng)烈的火山活動、地震以及造山過程。在海洋中，許多島嶼呈弧形排列，形成島弧。太平洋西部海域是島弧分布最為密集的區(qū)域。特別引人注意的是，這些島弧靠近大洋的一側(cè)，常常伴隨著一系列深邃而狹長的海溝，這些海溝與島弧平行排列。有趣的是，島弧上的山峰越高，其鄰近的海溝也越深。這些海溝是地球上最深的水域，且大多分布在大洋邊緣，而非大洋中央。全球20多條深度超過7000米的海溝，絕大多數(shù)環(huán)繞在太平洋周圍。

海溝與大洋邊緣的島弧常常成對出現(xiàn)，相互依存。例如，在太平洋西部島弧的東側(cè)，就平行排列著阿留申海溝、千島海溝、日本海溝、琉球海溝、馬里亞納海溝和菲律賓海溝等。這種海溝與島弧的配對關(guān)系，不僅在地理上形成了一道獨特的風(fēng)景線，也在地質(zhì)學(xué)上揭示了地球板塊運動和地殼演化的奧秘和規(guī)律。

經(jīng)深入研究分析，島弧與海溝的平行共存現(xiàn)象，實際上是大洋地殼與大陸地殼在向地幔輸送燃燒物質(zhì)過程中相互作用的結(jié)果。以太平洋為例，其地殼較薄且密度較大，加之位置相對較低，導(dǎo)致太平洋地殼俯沖至東亞大陸地殼之下。這一俯沖過程使得大洋一側(cè)形成了深度極大的海溝。隨著大陸地殼的持續(xù)運動，其前緣的表層沉積物相互疊加，逐漸堆積形成了島弧。由于這兩種地殼之間的相對運動速度較快，因此形成的海溝深度和島弧上的峰嶺高度都相對較大。這表明島弧和海溝是在相同的地殼運動過程中形成的，它們具有相同的地質(zhì)成因。

簡而言之，島弧和海溝的共生關(guān)系揭示了地球板塊運動的復(fù)雜性和動態(tài)平衡。它們是地球內(nèi)部能量和物質(zhì)循環(huán)的直接證據(jù)，也是地球板塊之間相互依存和相互作用的紐帶。 正是大洋地殼與大陸地殼之間的激烈擠壓和開合，這種相互“加料”的過程，激發(fā)了地震和火山活動，使得島弧與海溝地區(qū)成為全球地殼活動最為頻繁的區(qū)域。太平洋周邊之所以火山和地震活動特別集中，正是由于海底地殼沿海溝的開合俯沖作用。這種開合俯沖作用不僅塑造了地質(zhì)面貌，也因其潛在的破壞力，被人們形象地稱為“地獄之門”。

島弧地區(qū)是地殼變動劇烈、極不穩(wěn)定的地帶，火山和地震活動極為頻繁。事實上全球超過90%的淺源地震以及幾乎所有的深源地震都集中發(fā)生在這里。

四、結(jié)論

一是地核和地幔在3000至6700攝氏度的高溫下經(jīng)歷“燃燒”過程，這些極端條件下的物質(zhì)在地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的巨大內(nèi)外作用力推動下，使得巖漿以巨大的力量外涌或噴發(fā)，逐漸塑造出雄偉的山脈，像喜馬拉雅山、昆侖山等，還有張家界、廣西桂林、湖南莽山等地的奇山秀水。特別是張家界的石柱，底部寬度僅在10到30米之間，而高度卻達(dá)100至300米以上，這些石柱的生成不僅僅是地殼運動的結(jié)果，更是經(jīng)過幾十萬年、幾百萬年甚至更長時間逐漸形成的自然奇觀。地幔中一些經(jīng)過高溫“燃燒”后變得堅硬耐燃的物質(zhì)，形成了新的更為堅硬的物質(zhì)，這些物質(zhì)繼續(xù)下沉，最終成為地核的一部分[5]。

二是巖漿噴發(fā)后，地球內(nèi)部需要新的燃料來維持其燃燒過程。在地球的強(qiáng)大引力和海水壓力的共同作用下，最薄的海洋地殼以及海水下沉，進(jìn)入地球內(nèi)部，轉(zhuǎn)化為新的燃燒物質(zhì)。這是一個有規(guī)律且不斷遞進(jìn)的過程，物質(zhì)有規(guī)律地補(bǔ)充進(jìn)地幔和地核，維持著地球內(nèi)部的動態(tài)平衡。表面上看，這似乎是地球板塊的碰撞和運動，但實際上，這是地球有節(jié)奏地將燃料物質(zhì)輸送到地幔和地核中進(jìn)行燃燒，以形成地球的生命力和自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)巨大的推動力。這種循環(huán)往復(fù)的過程，確保了地球相對永恒的活力。由于這種長期不斷的物質(zhì)輸送，地震和海嘯成為億萬年來往復(fù)循環(huán)的自然現(xiàn)象，海溝和島弧也因此在地球的加料點海溝處形成[6]。

三是當(dāng)大量地殼物質(zhì)和海水涌入地幔后，在地幔的高溫高壓作用下發(fā)生了一系列復(fù)雜的物理化學(xué)變化。海水中的氫和氧在這種極端條件下發(fā)生分解，形成可以參與地幔物質(zhì)循環(huán)的新物質(zhì)。（作者分別系廣州市番禺區(qū)京師奧園南奧實驗學(xué)校教師、廣東省科普協(xié)會作家）

參考文獻(xiàn)：

[1] 杜強(qiáng). 海溝EB/OL. 科普中國網(wǎng)，2021-12-31

[2] 地球內(nèi)部物質(zhì)循環(huán)的地震學(xué)研究 [J]. 地球科學(xué)前沿，2024 （2）： 15 - 28.

[3] 王仁. 地球物理學(xué) [M]. 高等教育出版社，2020.

[4] Smith J， Johnson A. Geochemical Insights into Earth's Interior Processes [M]. Academic Press， 2023..

[5] 李四光. 地質(zhì)力學(xué)概論 [M]. 科學(xué)出版社，2021

[6] 地球內(nèi)部物質(zhì)循環(huán)與板塊運動的關(guān)系研究 [J]. 地質(zhì)學(xué)報，2023 （3）： 456 - 470.