仰望天空,用肉眼能看到的最大天體就是太陽,太陽的體積是地球的130萬倍,表面溫度近6000攝氏度,其內部一刻不停地進行著大規模的核聚變(nuclear fusion),其原理類似氫彈連續不斷地爆炸。太陽產生的巨大能量,主要以電磁波的形式向外界輻射,傳到我們這裡要經過1.5億公裡的真空,還要穿透2000多公裡厚的大氣層到達地球表面。
太陽的分層區域
地面上的植物生長和繁殖都需要太陽送來的光和熱,植物的呼吸作用是吸收氧氣,吐出二氧化碳,消耗葡萄糖轉化為生命的能量;光合作用則是在有光線照射的條件下,植物體內葉綠素中合成葡萄糖的過程,即是在光的催化作用下,將二氧化碳和水轉化為葡萄糖的同時放出氧氣的生化過程。太陽的光和熱對地面動物也是至關重要的,它產生了適合生命活動的環境,使得動物吸收植物釋放的氧氣,吐出二氧化碳供植物吸收,實現了大氣中的碳氧平衡。
地球的分層結構
除了太陽送來的能源之外,我們腳踩的大地下面還儲備了大量的礦藏和物質能源,幾米至幾百米的深度有煤炭,地下幾百米至幾千米存儲了大量的石油和天然氣。這些能量資源是人類生產活動得以進行和發展的動力,能源的開發和利用對人類社會經濟的發展和進步起著巨大的推動作用。但地球內部有些天然資源,例如:煤炭、石油、天然氣等都在平均只有十幾公裡厚的地殼內,屬於不可再生的一次能源,有朝一日終會枯竭。然而,地球是一個有生命的星球,運動體系不停地運轉,規律嚴謹,構造精密。和宇宙間能夠探測到的星球相比,人類驚訝地發現,地球上的一切自然物質和運動形態都是為了給人類帶來生存的便利, 維持優美的環境而存在,上天也絕不會讓人類文明的發展因能源枯竭而陷入絕境。地球中心就是一個半徑達3300多公裡的小太陽,其產生的巨大能量正在引起人們的關注,即將進行大規模的合理開發和應用。
地球核心像個小太陽,體積與火星相近
根據科學家的探測,地球從外到內分為三層,依次是地殼、地幔以及地核。地殼的平均厚度約17公裡(海拔低的地區地殼較薄),主要是土壤和巖石,巖石層中又有地下水和礦藏等;再往下的地幔厚度約2900公裡,主要成分是巖漿,有時火山噴發出的巖漿多發生在地殼比較脆弱的地帶;地核是地球的核心(The core of the earth),其半徑3300多公裡,和火星的大小差不多。地核的溫度達到了7000攝氏度,超過了太陽的表面溫度,是什麼物質導致地球擁有源源不斷的熱能呢?
地核內部的核聚變
美國地球物理學家馬文·亨頓(Marvin Herndon)在他的理論中提出,地核就像個小太陽,是個被巖漿和巖石地殼包圍著的一個火球。這個火球內部有著和太陽一樣的物質成分,而且存在著一個核反應區,在高密度和高壓力的作用下連續不斷地發生核聚變,因此產生了幾千度的高溫。這種高溫在地幔上部的軟流層形成巖漿,這種熔巖有時會在地殼薄弱的地帶噴發出來,就形成了地面上常見火山爆發。公元79年8月24日,義大利南部的龐培城(POMPEII),當時是一座僅次於首都羅馬的第二大古城,就曾被維蘇威火山爆發的火山灰覆蓋,1700多年後才被人們挖掘出來,恢復了古城的本來面目。
被火山灰覆蓋1700多年的龐培城
地球中心是一個巨大的天然核電站,一顆直徑達8公裡的「鈾」構成的球核正在不知疲倦地燃燒著、攪動著、反應著,並因此產生了地球磁場,並儲存了巨量的地熱能。人類生活在厚厚的地殼上,在保護生態環境,維持地球現狀的同時,也需要充分地了解人類尚未涉足的地球內部。上世紀70年代,前蘇聯曾開啟了科拉鑽孔工程,其目的是探索地球深處是否還存在著另一種文明。然而這項偉大的工程在進行了23年之後,挖到距地面12公裡深的位置,因蘇聯解體後資金不足而宣布停工。繼前蘇聯之後,中國也在2013年,由吉林大學負責並聯合宏華集團共同研發出的專用鑽機「地殼一號"正式啟動,它兼任著對"松遼盆地白堊紀大陸科學鑽探"以及"深部大陸科學鑽探裝備研製"等重大的任務,開始鑽探。工程進行了5年之後,「地殼一號」鑽井深已達7018米,後因所用設備無法承受地下高溫而暫停。
前蘇聯在科拉半島地區向地心開鑽
人類鑽探地球深處,除了探索未知世界外,更主要的是揭示地震成因,獲取地熱資源的同時,為可能的火山噴發提前釋放能量。地熱是一種非常寶貴的綜合性礦產資源,其功能多,用途廣,不僅是一種潔淨的能源,可供發電,採暖等直接利用,而且還是一種可供提取溴、碘、硼、砂等工業原料的熱滷水資源。據估算,整個地球僅10公裡厚的表層地熱儲量,就已達到1.45 x10^26焦耳,是全球煤炭、石油、天然氣的幾百倍,可供人類使用上百億年(太陽的預期壽命只有50億年)。目前我國地熱能開發主要用於地熱發電、地熱供暖、地熱水療、構築地熱溫房等。 2013年山東乳山一開發商在海邊度假小區內,鑽井近3公裡深度時,打出了攝氏80度的溫泉水,噴出的水柱高達到30多米。
i鑽井深度2600米,噴出80度的溫泉水
目前人類最需要的是地熱發電,首先要將熱能轉化成動能,然後將動能再轉變成電能,即生成二次能源。用於發電的地熱資源,主要有三種,即水熱資源、地壓資源、乾熱巖資源。20世紀70年代,我國先後在廣東、江西、湖南、廣西、山東、遼寧、河北等地共建成7處小型地熱試驗電站,利用100℃以下中低溫地熱流體發電。高溫地熱能發電有西藏的羊八井、朗久、那曲、羊易,雲南騰衝,臺灣的清水、土場等。
中石化利用地熱發電
若干年後,地球煤炭、石油和天然氣枯竭之日,屆時人類早已掌握了鑽探到地幔的技術,將地下幾千度的高溫地熱資源轉換成其它形式的二次能源,長期供人類享用。總之,宇宙為地球而誕生,地球上為人類而存在。讓我們相信一句名人的箴言:地球能滿足人類的一切需求,但不能滿足人類的貪婪(Earth provides enough to satisfy every man's needs, but not every man's greed)。地球是我們賴以生存的家園,只要人類不刻意破壞它的生態平衡,地球上的所有物種資源就能可持續的發展,人與自然就可以和諧相處,直到永遠。
廣袤宇宙中的明珠,人類的綠色家園
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