地球内部结构(从科学角度窥探地球内部结构的秘密)

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地球内部结构(对地球内部结构秘密的科学洞察)

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【№1:巨人的贡献让我们对地球有了更深刻的认识】

长期以来,各个领域的科学家从未停止过对地球内部结构的研究。早在1798年,著名的化学家、物理学家亨利·卡文迪许(1731年10月10日—1810年2月24日)就用“扭转平衡试验”测量了引力常数,从而推算出地球的质量约为5.976±10千克,相当于6万亿吨。在计算地球质量的同时,还计算出地球内部的平均密度约为5.52g/cm3,而地球表面岩石的平均密度仅为2.67g/cm3左右,与地球表面岩石的密度相差2.067倍。计算数据表明,地球内部一定有一些重物质。

图解:“扭转标度试验”和重力常数计算公式

【№2:“地震波”可以揭示地球结构的秘密】

时间已经到了19世纪中叶,科学家们展开了大规模的研究工作,探索地球内部。当大地震发生时,地球物理学家使用地震仪来测量地震。结果表明,受到强烈冲击的地下岩石会发生弹性冲击,并以波浪的形式向周围扩散。这种弹性波被称为“地震波”。

地震波分为:纵波/纵波和横波。

“纵波”的特点——从左向右移动,传播介质为固体、液体、可亲,传播速度相对较快。

“切变波”的特点——上下运动,只能循环的介质是固体,循环速度相对较慢。

根据介质的特性和纵波、横波的传播速度,当传播介质的性质发生变化时,传播速度也会发生变化。请记住:纵波和横波的特点,因为这篇文章堪比烧脑,是你阅读这篇文章的关键。

图解:纵波和横波的特征

来自南斯拉夫的地震学家莫霍洛维奇对1909年10月8日发生在萨格勒布的强震进行了研究,莫霍洛维奇得出结论:地壳下33公里的区域是地壳和地壳下物质的分界线。这个结论的论据是地震波在地壳下33公里的区域发生了偏转。

美国地震学家古腾堡在1914年研究了地震。古腾堡得出的结论是,在地表以下2900公里的区域,P波的传播速度突然急剧下降,而S波则完全消失,这表明这个区域存在着另一个不同物质的界面。

为了纪念这两位对地震学做出巨大贡献的科学家,将以上两种不同的界面分离开来,命名为莫霍界面和古腾堡界面。

【№3:从科学角度理解地球内部结构】

地球技术资源网内部由莫霍界面和古腾堡界面划分。地球的结构分为三层:地壳、地幔和地核。如果你想到烧脑,建议你直接把地球想象成一个煮鸡蛋,分为蛋壳、蛋清和蛋黄。

地壳——顾名思义,它是地球的表层,也是我们脚下的地球,或者你也可以说它是蛋壳。

地壳由几组不同大小的断裂表层组成。表层的特点是形状不均匀,所以形状不均匀是地球厚度不均匀的原因。在某些区域,表层的厚度会很厚,而在某些区域,表层的厚度会很薄。

地球表层平均厚度约35公里,珠穆朗玛峰地壳厚度超过88公里,洋底地壳厚度仅约5至10公里,整个地壳平均厚度约17公里,与地球平均半径6371公里相比,这只是一个薄层,或者说是蛋壳和蛋白质之间的一个薄层。

上地壳为花岗岩层,即岩浆岩,主要由硅、铝等一些氧化物组成。

下地壳为玄武岩和岩浆岩,主要由硅、铝、镁等氧化物组成。

地壳内部的温度和压力会随着深度的增加而增加,每100米深度温度会上升1摄氏度,但当深度达到3公里以上时,每100米深度温度会上升2.5摄氏度,当深度达到11公里时,温度已经达到200摄氏度以上。

据统计,已知地壳岩石的年龄基本在20亿年以上。就连号称世界上最古老的岩石——格陵兰岛西部发明的岩石,也只有38亿年的历史。但天文学家通过“放射性测年法”测得的结果显示,地球年龄约为46亿岁,这就解释了地壳中的岩石不是地球的原始地壳,而现在地壳中的岩石才是“年轻的地球”。

地幔——地壳下面的区域,也就是地球的中间层,你也可以说蛋白质。

这个地区的地幔由致密的造岩物质组成,也是地球内部质量和体积最大的层。地幔就像鸡蛋中蛋白质的比例,厚度约2865公里。

上地幔和下地幔共同构成地幔。上地幔顶部是软流圈。软流圈是由于技术资源网络中大量放射性元素的演化和放热导致岩石融化而形成的。这是岩浆的发源地。软流圈之上的地幔区和地壳共同构成岩石圈。下地幔的温度、压力和密度高于上地幔,该区物质为塑性固体。

插图:地球内部结构示意图

地核——地幔下面的区域,也就是地核,你也可以说蛋白质。

外芯、过渡层和内芯共同构成芯,芯的平均厚度约为3400公里,其中外芯的物质状态为可流动的液态,厚度约为2080公里。过渡层的最小厚度约为140公里,而内芯的物质条件为固体,由铁、镍等金属元素组成半径约为1250公里的球心。地核的温度和压力都很高,甚至地核的温度相当于太阳表面的温度,大约在5500摄氏度以上。堆芯内压超过1.32亿千帕,密度约13克/立方厘米。

地球核心的温度是6880摄氏度,比太阳表面温度6000摄氏度高出880摄氏度。外核与内核交汇区温度约6590摄氏度,略低于地心,外核与地幔交汇区温度降低至4780度左右。可以看出,核心的温度从内到外逐渐降低。

地球海平面的大气压力是1个大气压,但地核内的压力极高,约为2200万公斤/6.5平方厘米,相当于370万个大气压,也就是说,地核内的大气压力是地球海平面大气压力的370万倍。

研究人员在一台大型计算机的帮助下,对地面3000个监测站收集的数据进行了全面分析。研究结果表明,地核的表面是一个不平坦的区域,突出的区域与地球表面的山峰非常相似,凹陷的区域与海洋非常相似,因为凹陷的区域充满了一些低密度的流体。

地球内部结构——方向脚下位置垂直向下,分为蛋壳、蛋清、蛋黄三个区域,分别对应地壳、地幔和地核。

蛋壳(外壳)——地表下30公里。

蛋白质(地幔)——上地幔在地表以下30公里,下地幔在地表以下。

蛋黄(核)——外核位于地表以下5100公里,内核位于地表以下6400公里。

图解:地球结构示意图

[№4:地球深处]

“科拉超深钻探”

1970年,前苏联在靠近挪威边境的摩尔曼斯克科拉半岛进行了一个科学钻探项目。所有参加钻探工作的人都可以在莫斯科得到一套公寓。然而,钻探工作在1994年完全停止。钻井项目停滞的官方原因是资金不足。直到1994年,这口井的钻井深度达到了12226米。早在1983年,这个项目就已经钻探到了12000米。然而,完成最后262米的技术资源网络用了11年。

图:科拉超深钻井深度和地球半径比例图

“世界上最深的洞”

1992年,德国在前捷克斯洛伐克边境附近的普法茨小镇温迪施·艾申巴赫启动了钻探项目,目标是钻探世界上最深的洞。直到2004年,关于这个项目的信息才更新。目前,关于这个项目的最新数据是,这个洞直径约22厘米,钻孔深度14公里,被称为“世界上最深的洞”。

【№5:K结论】

从天而降很容易,但以我们现在的科技水平,很难突破得更深。当钻孔达到11公里的深度时,温度已经超过200摄氏度,压力已经超过2500帕。这些因素是突破深度的难点。此外,这些项目花的钱也很大。用肉眼窥视地球内部的秘密可能是不可能的,但我相信,随着科技的飞速发展,要解开地球内部的秘密是不可能的。