地球很可能是「液態」的!
跨越固液界限的玻璃
《萬物簡史》作者比爾·布萊森在書中說,所有存在於這個星球上的玻璃,其實都在地球引力作用下,像液體一樣往下淌。
比如從歐洲古老教堂的窗戶上取下一塊充滿歷史沉澱的玻璃,你會發現,它的底部明顯要比上面來得厚。
地球地幔的巖石,其實也是像玻璃這樣在「流動」,流動的速度,大約是鐘面時針移動速度的萬分之一。
看到布萊森的話,我真的有些不敢相信,於是就默默測算了一下。
按照鐘錶時針長度8釐米來算,針尖一天走過的路程大約是1米。
地球的地幔如果按這個速度來流動的話,大約每27年會就會走1米遠,地球45億年過去,地幔中的所有物質已經不知道在地球內部瞎逛多少圈了,感興趣的同學可以算一算。
你可能想當然地在想,玻璃肯定比地幔流動得要快一些吧?
幸好布萊森先生沒有這樣說,要是玻璃也按這個速度流動話,歐洲那些古老教堂的玻璃,現在早就「淌」到地板上睡大覺了!
玻璃的主要成分其實是二氧化矽, 它的晶體就是我們通常所說的石英,逼格高一點叫水晶。
雖然名字裡有個水字,水晶卻不會流動。
然而玻璃不一樣,它的分子是無序排列的,不夠穩定,可以像液體一樣緩慢改變位置。
根據一個流行的說法,手機屏幕上用的康寧大猩猩玻璃,生產出來10天內每平方米就會萎縮5微米,18個月後又會萎縮5微米,所以玻璃分子從某種意義上說確實在流動。
也正是因為如此,玻璃究竟是固體還是液體,目前科學上還存在一定的爭議,這個恐怕有點出乎你的意料吧?
準確地說,玻璃是一種加熱到液態時會出現玻璃轉化的無定形固體,在原子結構上具有過冷液體的特徵,但具有固體的所有機械性能。
有些不好理解不是?大抵就是跨界的意思吧,玻璃橫跨固液兩界。
地球是個「液態」球
說完玻璃,現在來說地球。
地球除了一層剛性的地殼和炙熱的地核外,地幔佔了83%的體積。
地球從外到內溫度不斷升高,地心的溫度相信和太陽表面的差不多,甚至可能高於太陽表面。
所以你就可以想像了,地幔主要由矽酸鹽組成,如此高的溫度當然讓它具有足夠的延展性,可以在地質時間尺度內緩慢流動,整個地幔一直都在緩慢對流。
即使是地核,也分為內核和外核,外核也是呈熔融狀態的鐵鎳及其它重元素,包括放射性的元素;也主要是它們輻射產生的熱量,加熱了地核和整個地球,產生了磁場,並向外緩慢輻射熱量。
所以整個地球從某種意義上說,確實就是一顆「液態」的星球,地球表面的七大板塊,就漂浮在「液態」的地幔上面,像衝浪板一樣,不停地運動,地球上的生命,實際每天都在衝浪玩得嗨!
地球是如何對流的
地球的對流主要是地幔的對流,分為板塊運動和熱柱對流兩種形式。
板塊位於地球外層的巖石圈地殼上,由於其強度比地幔上部的軟流圈大,地幔的密度變化就導致了板塊的移動。
熱地幔不斷從各個大洋的中洋脊湧出,鋪開形成剛性的新地殼,不斷地向兩側擴散,就像傳送帶一樣輸送到板塊邊緣,然後又潛沒回到地幔中,在巨大的時間尺度上循環往復,推動著地表的滄海桑田。
地幔熱柱對流則是地核附近的熱物質沿著細柱緩慢上升,把熱量從地球核心擴散到巖石圈。由於接近地球表面壓力減小,這些熱物質會大規模熔融成玄武巖巖漿,通過熱點噴發至地表,形成火山爆發。
正是由於地幔的對流,一方面把地球內部的熱量不斷輸送到地球表面,起到了散熱的作用,讓地球核心的溫度不至於無限提高——後果是什麼自己可以想像。
另一方面散發出來的熱量又形成地震、火山及造山運動等自然現象,促成了地球生命的誕生、演化。
可以想像的是,如果沒有地幔對流形成的活躍地質活動,地球根本就不可能誕生生命並演化到現在。
那麼,地球作為一個「液態」星球,地幔的熱巖石作為「液體」,它的液體性質又是怎麼樣的呢?
衡量液體的最重要參數之一可能就是黏度了,地幔的黏度約為10^21Pa·s,可以作為對比的是,水的黏度約為0.001Pa·s,瀝青的黏度大約是10^8Pa·s。
而我們前面說的玻璃,其黏度大約在10^17-10^18Pa·s。
如果你認真看了這篇文章的話,你的腦子裡這時候可能已經升起一個銷魂的問號了,布萊森說的地幔流動速度大約是鐘面時針移動速度的萬分之一究竟靠不靠譜?
既然玻璃的都不靠譜,地幔的黏度比玻璃還至少大了三個數量級,估計也是不怎麼靠譜的了。