一層一層剝開,原來你是這樣的地球议谷!

恰似地球圈層的慕斯蛋糕

上一篇我們知道了地球的物理形狀是一個(gè)赤道略鼓炉爆、兩極略扁的旋轉(zhuǎn)橢球體(還沒看的戳這里:你知道地球的形狀嗎?)卧晓。那地球里面是混沌一片還是秩序井然呢芬首?是林林總總的大混合還是只有一種或幾種東東呢?


先說說地球的結(jié)構(gòu)

地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)

地球的外部有三個(gè)基本圈層:大氣圈逼裆、水圈郁稍、生物圈。這不是我要講的重點(diǎn)胜宇,我這里關(guān)注的是地球的內(nèi)部耀怜,或者說固體地球。

地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一同心狀圈層構(gòu)造桐愉,由地表至地心依次為地殼财破、地幔、地核(說起來有點(diǎn)像帶核的荔枝)从诲。細(xì)分則為陸殼(0-50 km)左痢、洋殼(0-10 km)、上地幔( 10-410 km)系洛、地幔過渡帶(410-660 km)俊性、下地幔(660-2890 km)、外核(2890-5150 km)描扯、內(nèi)核( 5150-6370 km)(你看定页,果然是皮薄核大的荔枝!)绽诚。

地殼和地幔之間的分界面叫莫霍面拯勉,地幔與地核之間的分界面叫古登堡界面(均以發(fā)現(xiàn)者的名字命名,科學(xué)家也是有一丟丟自戀的嘛)憔购。

那這些圈層的劃分依據(jù)是什么呢宫峦?

主要是基于地震波在地球內(nèi)部的傳播,相當(dāng)于給地球“做CT”玫鸟。詳見下文导绷。


再說說如何剝開地球

目前,對(duì)地球的探測包括直接探測(看得見摸得著的)和間接探測(夠不到的深度屎飘,只能用科學(xué)方法大膽猜猜猜了)妥曲。

直接探測包括地質(zhì)學(xué)觀測和大陸科學(xué)鉆探贾费。地質(zhì)學(xué)觀測的對(duì)象是在地表獲得的各種巖石和礦物(包括隕石和被攜帶噴出的地幔物質(zhì))。我們常見灰頭土臉穿著沖鋒衣背著登山包出野外的地質(zhì)小分隊(duì)檐盟,就是去采這些標(biāo)本的褂萧。

地質(zhì)考察
超深鉆孔

科學(xué)鉆探雖然能夠直接獲取地球內(nèi)部樣品,但目前最深的鉆探——前蘇聯(lián)的科拉超深鉆孔葵萎,不超過13 km(號(hào)稱挖到“地獄”深處导犹,傳出來自地獄的聲音,好zhen神che奇dan)羡忘。超深鉆探是一項(xiàng)非常燒錢的科研運(yùn)動(dòng)谎痢,除了刷新世界鉆井之最,好像并沒有什么用卷雕。另外节猿,13km跟6371 km的地球平均半徑比起來,實(shí)在微不足道漫雕。你看滨嘱,如果只能用手,我們連荔枝皮都剝不開浸间。

科學(xué)家肯定不甘心啊太雨,不剝開這個(gè)super荔枝不罷休,于是有了間接探測方法发框。它包括地球物理觀測(例如給地球“做CT”的地震波方法)躺彬、數(shù)值模擬(類似程序猿的工作吧)以及高溫高壓實(shí)驗(yàn)(高壓鍋的壓強(qiáng)是幾個(gè)大氣壓煤墙,地心大概是360萬個(gè)大氣壓)等梅惯。

北京大學(xué)高壓實(shí)驗(yàn)裝置

給地球“做CT”的原理是地震波在介質(zhì)交界面會(huì)產(chǎn)生反射、折射等現(xiàn)象仿野,地震學(xué)家利用這些特性來獲得地球內(nèi)部資訊(將地殼铣减、地幔分開的莫霍面,以及將地幔脚作、地核分開的古登堡界面葫哗,均有明顯的波速驟變)。求解地球內(nèi)部物質(zhì)組成的方法是地震反演球涛,就好像拿到一盤西紅柿炒蛋劣针,憑理論和經(jīng)驗(yàn)來分析是什么品種的西紅柿和蛋,產(chǎn)地在哪里亿扁,個(gè)頭大小捺典,新鮮程度等。計(jì)算和實(shí)驗(yàn)與此相反从祝,我有一些西紅柿和蛋襟己,通過不同配比引谜,控制時(shí)間和火候,去做出一盤西紅柿炒蛋擎浴,再跟“CT”結(jié)果比對(duì)就能推算物質(zhì)組成啦员咽。


最后說說地球里到底有啥

地殼和地幔主要由礦物組成。礦物是由地質(zhì)作用形成的具有一定化學(xué)成分和確定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的天然單質(zhì)或化合物贮预。

礦物晶體有一定形態(tài)贝室,顏色多樣,有的很漂亮萌狂,被作為寶石礦物档玻。地殼的主要礦物有石英、長石茫藏、云母误趴、角閃石、輝石和橄欖石等务傲,其中橄欖石和石榴石是我們常見的寶石凉当。另外,翡翠是輝石的一種售葡,紅寶石則是剛玉的一種(換個(gè)名字看杭,就有了濃濃的藝jin術(shù)qian氣息呢)。

石英
長石
輝石
橄欖石
石榴石
剛玉

地幔主要礦物相為橄欖石挟伙、輝石(這兩種礦物地殼中也不少楼雹,別看名字一樣,結(jié)構(gòu)已經(jīng)悄然改變)尖阔、石榴石贮缅、鈣鈦礦、斯石英介却、方鎂鐵礦等谴供。雖然是硬邦邦的固體,被高溫高壓深深折磨齿坷,但地幔仍堅(jiān)強(qiáng)地蠕動(dòng)著桂肌,我們叫地幔對(duì)流。地幔位于我們難以企及的深度永淌,只有超級(jí)幸運(yùn)的一丟丟物質(zhì)可能在對(duì)流的過程中上涌崎场,然后隨著巖漿噴出地表,最后到達(dá)有緣人手中遂蛀。

對(duì)于地核谭跨,一般認(rèn)為主要由液態(tài)外核和固態(tài)內(nèi)核構(gòu)成。對(duì)于其物質(zhì)構(gòu)成,推測主要為Fe-Ni合金和較輕的元素(Si饺蚊、O 萍诱、S、H污呼、C裕坊、K等)。地核溫度6000+℃燕酷,壓力360萬個(gè)大氣壓籍凝,所以你看,地心歷險(xiǎn)可能永遠(yuǎn)成不了真苗缩。

參考文獻(xiàn)

Anderson, Don L. (2007) New Theory of the Earth. Cambridge University Press.

(圖片來源于網(wǎng)絡(luò))

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