探索地球内部的奥秘

王贞虎

人工地震

科学家揭开地下秘密的有效手段之一，是人工地震的方法。根据地震波在地球内部的传播方式，可以知道地球内部的结构。

近年来，科学家们对地震波进行研究，发现地壳与地幔的交界处，就有一个密度突变的层面。它在海洋底部以下5公里处和大陆下10公里至70公里处。

在我们脚下的2900公里处，还有第二个密度突变的层面，那就是地核的外缘。另外，在地幔中尚有一个密度变化的区域，它在地下约400公里至700公里深的范围内。这一区域把地幔本身分为上下两个密度不同的部分。

由于地震波中的横波通过液体时会发生变化，因此科学家们知道，地核的外层是液体，而这个液体层包着密度极大的固体状内核。这就说明，地核是由固体状内核加上液体层构成的。地核的半径约为3500公里。

地球的剖面

地球像一个巨大的洋葱头那样，是由一层层厚度不同的物质组成的。地球的最外层是具有陆地和海洋的地壳，它的厚度约30公里。地壳下面则是地幔的外层，其厚度在400公里左右。再往下，直到我们脚下700公里的范围内，则是厚度约300公里的“过渡层”。它下面就是厚度约2200公里的地幔内层。再往里，在离地面2900公里处，则是地核了。地核主要由铁所组成，地核的液体层厚约2270公里，其中除含有铁以外，还有镍与硫，地核的固体内核是个半径为1200公里的圆球，主要成分是铁与镍。

科学家们按照地震波的变化，对地下70O公里深度以上的地幔与地壳，作了另外的分层。他们发现，地震波中的横波，在通过地下的岩石时，岩石刚性越大则横波传播速度越快；但是，岩石的温度越高则传播速度越慢。当地震波的横波通过海洋底板下面70公里和大陆下面约150公里处时，它的传播速度突然降低了。可是再往下时，横波的传播速度重新变快；而到地下深40O公里与深700公里的地方，速度又有增加。

这样，科学家们断定：地面以下有一层70—150公里厚的坚硬而寒冷的岩石圈。在岩石圈下面，是厚550—620公里的软流圈。软流圈具有塑性，其温度也较高。软流圈的底部在地下700公里的深处，再往下就是上述地幔的内层了。软流圈上部接近岩石圈的地方，有一些局部熔化的岩石，那里的岩石圈比较容易滑动，这是造成地球陆地变迁的主要因素。

大陆与海洋的变迁

漂浮在软流圈上面的岩石圈，并不是一整块的东西，而是许多碎块组成的。我们把这些碎块称为“板块”。板块以不规则的方式，在软流圈上缓慢滑动。按近年来研究的结果，人们发现整个地球的表面，是由13个大大小小的板块拼成的，其中6个板块最大，即大西洋板块、澳大利亚板块、北美洲板块、南美洲板块、非洲板块和欧亚板块。这13个板块有的地方在互相挤压，有的地方则在彼此分离。

地球上各大陆与各海洋的出现，是岩石圈的板块在软流圈上滑动的结果。据说在2亿年前，地球上只有一块大陆和一个海洋。只是因为岩石圈的板块移动，整块大陆才逐渐分裂，而变成目前这样的五大洲和各洲之间的海洋。科学家们通过精密的卫星测量手段，测定板块目前仍在继续漂移，而且计算出了各个板块漂移的速度。

他们预测，在未来的5000萬年中，美洲大陆将进一步远离非洲和欧亚大陆的欧洲一边，大西洋将变得更为宽广；北美洲与南美洲之间的距离将加大；澳洲大陆则将向北移动；而位于欧洲与非洲之间的地中海，则将缩小。

软流圈是怎样推动板块的呢？地幔中的炽热岩浆，在板块之间的缝隙中冒出来，形成海洋底部的一些山岭，从而把板块向前推移。于是被推移的板块，就与其它板块相挤压，其边缘被压入软流圈中，熔化而成为岩浆。板块钻入软流圈的地带，一般位于大陆边缘两个板块的交界处。

上述板块的移动有些像周而复始的橡皮传送带。然而，板块一般移动得非常之慢，例如大西洋海底板块每年只扩张几毫米；不过太平洋海底板块却每年移动约lO厘米。板块的相互挤碰会引起可怕的灾难；因为板块在互相长时期缓慢挤压时所蓄积的能量，会在突然滑动时释放出来，发生剧烈的地震。

火山爆发的原因

火山爆发也与板块的移动有关。

以往人们一直错误地认为，在薄薄的地壳下面，就是沸腾的液体状岩浆，只要地壳上出现裂缝，岩浆就会把地壳拱开，成为火山，而岩浆即从火山口喷发出来。

经过近年来的科学研究，证明事实并非如此。从地震波的分析中可以看到，我们地球内部唯一的一层液体，是在深2900公里的地方。它跟火山爆发毫无关系。

我们现在知道，火山所喷发的岩浆，是地幔中的固体物质，在一定的温度和压力条件下形成的。当某种固体岩石的温度或其承受的压力，超过其一定的限度时，它就会从固态变成液态岩浆。

地质学家们认为，如果某种岩石所处地方达不到一定的深度，即其温度不移高时（越是深处的岩石其温度越高），那么必须增加它所承受的压力，岩石才会熔化。反之，如果岩石深度超出了一定的限度，那么必须减少它所承受的压力，岩石才会熔化。

岩石深度每增加l公里，它的温度就增高30摄氏度。上面说过，要使岩石熔化，单是有一定的温度还不行，还得有适当的压力。板块的移动就提供了适当的压力。当岩石圈在大陆上或海洋中发生张拉时，产生裂缝的地方将使下面软流圈所承受的压力减弱。这时，那里的某种岩石开始熔化，裂缝处就会喷出基性岩浆即玄武岩浆来，形成火山的爆发。当两个板块相互挤压时，挤压处的地壳会加厚，从而使软流圈承受的压力增加。这时地壳中的另一种深成岩会发生熔解，但有时因地壳较厚，这种岩浆不一定都能喷出地面，这样，它们冷却后就变成了花岗岩的矿囊。

但是，地球上还有一些火山爆发，似乎与板块的移动无关。有的火山口位于海洋板块的中心（例如太平洋的夏威夷），有的则位于大陆的板块上面（例如美国的黄石公园）。地质学家把这些喷发口称为“热点”。“热点”并不跟随板块一起移动，它老是在固定的一点喷发，所以当板块移动时，原来喷发过的地方变成了死火山口，“热点”又在附近的地方喷发岩浆。随着板块的移动，它就留下一连串的死火山口。科学家们估计这些“热点”所喷发的岩浆，来自地幔的内层，但目前尚不明白这些岩浆是怎样冒到地面上来的。

神秘的地球核心

最神秘的要算地球的核心了。

早在43亿年前，地球刚成形时，85% 地球核心已经形成了。地核的主要成份是铁。中间固体状态的内核容重很大，约为每立方米12600至13000公斤（即相当于比重l2.6—13）。由于铁的比重是7.86，因此它不可能纯粹由铁组成，必定含有某种比铁更重的元素，这种元素很可能是镍。估计内核含有约10%至20%的镍。至于内核外面的液体层，则由于容重太小，也不可能由纯铁组成，它可能含有硫。这层液体可能由86％的铁、12％的硫和2%的镍组成，其熔点比铁低得多。

估计地核与地幔交界处的温度，为3500摄氏度左右。固体内核的温度则估计不会超过4500摄氏度，因为如果内核的温度超过4500摄氏度，那么内核的镍铁合金就将熔化为液体了。

会定期转移的磁极

随着科学家们对地核的了解，他们也揭开了地球磁场的秘密。

地球磁场是从哪里来的呢？科学家们认为，产生地球磁场的，既非地幔，也非地核的固体内核；因为那些部分的温度，已经高到使其中的金属失去了磁性。

唯一能产生磁场的部分，那就是地核的液体層。尽管那里的温度比地幔的温度更高，但由于在这层液体中不断地发生旋涡状的运动，从而产生电流，因此使地球产生了磁场。

这样，地球上就出现了南北两个磁极，但这两个磁极并不完全与地球自转轴线的南北极相重叠，而是略有偏离。

奇怪的是，以上南北两个磁极，会互相转换位置。换句话说，目前的北磁极，过了一定时期，会移动而变成南磁极，而南磁极则会同时移动而变为北磁极。科学家们根据地质考察资料，认为近l亿年来，地球磁极的互相转换频率，在有规律地增加。磁极平均每隔lO0万年就互相转换一次，而每次转移的时间约为l万年；南北磁极在此l万年中逐步移动，直到相互易位为止，随后则处于稳定状态。科学家们从海底地壳中岩石的磁性检测中，证明了地球磁极的转移和频率。

那么上述地核液体层中的旋涡状运动，是怎样发生，又是从哪里取得能量的呢？

产生这种运动的能量可能有两种：一种是液体层中某种放射性同位素，在衰变过程中散发出来的热能；另一种是液体层中一部分液体在逐渐冷却时，其中每秒约有10O立方米的熔融的铁镍合金变成晶体，合金从液体变成固体时，重量增加，就下沉而接近内核。在此同时，一部分变得较轻的液体，则上升而接近地幔。液体层中的这种下沉和上升所产生的涡流，足以发生电流，并形成磁场。地球的自转当然也是产生旋涡的主要原因。人们推测，南北磁极的转移，似乎与地核液体层中的旋涡有关。

探索尚在继续

目前人类可以进入太空，但还不能钻到地球的内部去。人类迄今为止所获得的地球内部资料，都是依靠间接的方法取得的。所以有不少内部情况，仍然有待于进一步的研究。人类也曾试图以直接钻探的方法，来探索地层的奥秘。如前苏联在西北边境邻近芬兰的科拉半岛上，钻了一个深达12公里的探井。这是迄今为止人类对地壳的最深的钻探。尽管如此，这个深度不过等于地球半径的千分之二。按目前人类的科技水平，企图依靠钻探方法揭开地球内部的全部秘密，看来是不可能的。

不过，近年来人类依靠日新月异的科学发展，业已开始把地球长期掩盖起来的神秘帷幕，一层一层地掀开了。许多间接探索的方法已经取得极为良好的成果，每年都在一步步地揭开蕴藏于地球内部深处的许多奥秘。