【沒事兒說科普】07:遨遊地心,可能嗎?

2021-02-08 城市科學節
一晃時間已經進了7月,由於新冠疫情的原因,非常遺憾,今年的暑假,城市科學節不能如期和大家見面了。不過,我們的科學老爺爺一直惦念著大家,這不,老爺爺在家裡開了個「沒事兒說科普」小課堂,歡迎小朋友和爸爸媽媽們常來轉轉啊,相信我,一定會有收穫的。



昨天早上(7月12日6點38分),小編倒了杯水剛剛坐在椅子上,就感覺好像椅子被人從後面搖了兩下,屏住呼吸,仔細感受,又晃了兩下,小編意識到,地震了。


為什麼會發生地震呢?我們腳下是土地,那麼厚厚的土地下面又是什麼呢?


法國作家儒勒·凡爾納所著的長篇科幻小說《地心遊記》,講述了科學探險家黎登布洛克教授同他的侄兒阿克賽和嚮導漢恩斯按照前人的指引,在地底經過整整三個月的艱辛跋涉,進行科學探險的故事。


主人公來到了地球深處,在從未想像到的夢幻般的世界中穿行,遇到了很多奇異的生物。他們越來越接近地心,也面臨越來越多驚心動魄的危險,地心深處的火山即將爆發,炙熱的巖漿飛濺,勇敢的探險家們也必須迅速找到逃離的路。



這是一個科幻小說家的腦洞大開,給大家描繪了一個光怪陸離的地下世界,但現實中的地下並不存在這些可怕的生物。


那麼真實的地球內部到底是什麼樣的呢?


地球的結構就象雞蛋,可分為三層。

中心層是「蛋黃」-地核(Core);中間是「蛋清」-地幔(Mantle);外層是「蛋殼」-地殼(Crust)


地球在不停地自轉和公轉,同時地球的內部也在不停地運動變化。由此而產生力的作用,使地殼巖層變形、斷裂、錯動,於是便發生地震。



地震一般發生在地殼部分,但是地幔裡的活動則是地震發生的原因。


地幔(mantle)也稱地函,是在地殼之下的高熱的軟質深層結構,類似瀝青,一般推測地幔位於海底地殼六公裡處以下,厚達2900公裡,總體積佔地球全部整體的80%以上。此處以矽酸巖質為主,因為地底高熱而形成熔融狀,產生對流與下沉等地幔,過程緩慢而力量巨大,因此造成各種地質現象,包括火山爆發、地震、板塊錯動、海溝隱沒、造山作用等等。




近現代科技突飛猛進,人類幾乎探索了地球的每一個角落,甚至擺脫地球吸引力飛向太空。但是對於地球,對我們自己的家園地球的內部,我們的了解甚至沒有月球深刻。


從1970年開始,蘇聯科學家在科拉半島開展了長達19年的科學鑽探,最終挖出了一個深達12262米的科拉超深鑽孔,這在當時是人類挖出最深的鑽孔。即便到了今天,這個鑽孔的深度仍然位列第三,目前最深的鑽孔也只比它深了83米,但是這個深度甚至連地殼都沒有鑽透。



有小朋友就要問了,既然連地殼都不能鑽穿,那麼我們是怎麼知道地球內部構造的呢?


科學家們通過地震波的橫波和縱波在經過不同的物質結構時的傳播特點和傳播速度不同,來判斷地球內部的大致構造。


縱波(P波):粒子振動方向和波前進方平行,在所有地震波中,前進速度最快,也最早抵達。P波能在固體、液體或氣體中傳遞。來自地下的縱波引起地面上下顛簸振動。


橫波(S波):粒子振動方向垂直于波的前進方向,是一種橫波。S波只能在固體中傳遞,無法穿過液態外地核。來自地下的橫波能引起地面的水平晃動。


1910年,前南斯拉夫地震學家莫霍洛維奇偶然發現,地震波在傳到地底下50千米的位置時會產生折射現象,這說明地殼下面存在著跟地殼不一樣的物質,要不然地震波就沿直線傳播了。為了紀念莫霍洛維奇,人們便把地幔與地殼的分界面稱為「莫霍洛維奇不連續面」,簡稱「莫霍面」。


1914年,德國一位叫做古登堡的地震學家又在地下2900千米的位置往下發現了另一種物質,這種物質跟地殼、地幔都不同,之後它被證實為地球的核心部位--地核。而地核與地幔的分界面,則被命名為「古登堡面」。


但是,這種方法僅能確定地球內部的大致結構,至於地球深處到底是個怎樣的世界,我們人類目前還是知之甚少。


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日本最大的地質鑽探船地球號


人類對地球內部的探索,受制於地質結構和巨大的壓力、溫度(地心的溫度能達到六千多攝氏度,壓力大約是地球表面壓力的360萬倍),因此,對地底的研究也遠比太空要困難許多。


不過,我們相信,隨著人類科技的不斷進步,這些困難都會被慢慢克服,人類對地球的認識也會越來越深,穿越地殼、穿過地幔,直達地心。



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