水有重力且無孔不入,為什麼沒有滲入地球內部,僅在地表循環?

2020-12-22 麥克斯韋妖妖靈

這是一個非常有意思的問題,按理來說水是具有重力的,能夠往下滲透,但是為什麼水並麼有一直滲入到地心呢?如果我們換一個思路想想,我們每個人在地球上都受到重力的作用,但是我們同樣不會被吸引到地心而是留在地表上,這是為什麼呢?

馬裡亞納海溝的海水

科學家發現馬裡亞納海溝每年都有上千噸的海水被吞噬到更深的地底下,很可能從地殼滲透到了地幔,但是我們卻也沒有見到地球上的水被吞噬完,這又是怎麼一回事呢?

實際上,確實可能有很多的水順著馬裡亞納海溝的裂縫滲透到了地底下,但是水可能以其他的方式被補充了。比如火山噴發會將大量的水蒸氣帶到陸地上來參加水循環。

所以,地球上確實存在著水向下滲透的現象,但是滲透的程度也是有限的,而且被損失的水很可能以其他的方式補償回來,比如火山噴發。

那麼為什麼水更多地只是在地球的表面進行循環,而沒有深入到更深的地球結構中呢?

地球的溫度

地球上表面的溫度整體上是受太陽光照的影響,赤道地區的陽光充足所以溫度也比較高。這是表面,但是從地球的結構上來看,則是越往地球的核心去,溫度越高。根據科學家的推測,地核的溫度高達5500攝氏度,與太陽表面的溫度差不多。

我們知道一個原理,就是海拔每上升100米,溫度會下降0.6攝氏度。其實對應的另一個原理是,在淺層的地下溫度梯隊裡,每增加30米,溫度會升高1攝氏度。也就是說,若是向下的深度增加1000米,溫度升高近30度。在地下100千米的深度的時候,溫度大約是1100-1200攝氏度,已經達到了巖石的熔點。

而我們知道,水的沸點是100攝氏度,所以在溫度很高的情況下,水會以水蒸氣的形態出現,所以在地下較深的地方液態水不可能滲透下去並且存在的。

巖石的密度和水的密度

我們看水能夠無孔不入,其實就是因為水的密度比較小,水的密度大約是1噸/立方米,而地球的平均密度是5.515噸/立方米,越往地底下,密度往往也越高。

因為油的密度比水小,所以油會浮在地球的表面上。而水的密度比地球的巖石密度更小,所以水會漂浮在巖石的上方。這是根據物體密度的特性出發的。

而且地表以下是有一個隔水層的,滲透係數極小,通常是由緻密的粘土層和花崗巖組成的。所以水是無法滲透過隔水層的。

溫泉的形成

溫泉其實就是一個很好的例子來說明為什麼水不會不斷地往下滲透。有的溫泉是在地表水的滲透循環作用下形成的。也就是說下雨的時候雨水會向地下滲透,深入到地殼的含水層,並受到下方的地熱被加熱成了熱水,這些熱水中往往含有豐富的二氧化碳,巖石的阻擋會導致壓力的增強,所以熱水和氣體處於高壓狀態,一找到裂縫就會往上竄。

而且到地幔的是時候開始有巖漿,巖漿的濃度遠比水大,水壓根無法往下滲透,甚至只能往上冒。

水循環

正是因為如此,地球上的水並不會不斷地往下滲透,基本上只能滲透到地球的表層土壤上,是無法深入巖石內部的。所以地球的水量整體上是一個平衡的狀態。

所以水在地球的表面上以不同的形態進行轉化,以氣態、液態和固態在陸地上、海洋上和大氣間進行不斷的循環,通過蒸發、降水、滲透和地表徑流和地下徑流等方式實現水的流動和轉移。

小結:

為什麼地球上那麼多的水,重力如此之大,卻不會往地心滲透,只會在地表上進行水循環呢?這主要是由地球的構造和水的特性所決定的。

距離地心越近的地方溫度越高,從某些淺層地表往地下30米,溫度就能提高1攝氏度,也就是說地下的溫度很高,很快就達到的水的沸點。而且地球的內部是非常緻密的,水是無法滲透過去的。溫泉就是一個很好的例子,在壓力和高溫的作用下,水無法向下滲透,只能往上冒。

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