地幔深处蕴藏巨大水库 水量或超海洋总和

发布时间:2018-04-11 17:57:00 来源:49363网 作者:佚名

西媒称,人类对于我们生活的地球内部知之甚少。一些新的研究成果揭示出地球内部不断发展演变中的动荡史。

  据西班牙《趣味》月刊2014年11月号文章,在地下400到600公里的地幔深处蕴藏着一个巨大水库,水量可能超过地球上所有海洋的总和。证明地下隐藏着一个巨大水库的证据源自2008年在巴西马托格罗索州一个矿藏中发现的一种叫尖晶橄榄石的亲水矿物,这种矿物来自地幔上下两层间的过渡带。尖晶橄榄石通常会表明某一个地方的地下是否含水。这种岩石的2.5%由水分子构成。这是地球上首次发现尖晶橄榄石的存在。


  2014年3月发表在英国《自然》周刊上的文章称,这是一项重大发现,因为地质学家认为,地球是这样一个动态星球的众多原因之一就是地球内部含有一些水。水改变一个星球所有的运作方式。

  人类对于我们生活的地球内部的了解还不及对太阳中心的了解。探究地球内部是一件极具挑战的任务,这主要是因为要想了解地球内部的特性是不可能通过现有地球上的一些手段来完成的。地质学家的工作方式类似于通过晃动一个礼品盒猜一猜里面到底是什么礼物:是一张音乐CD,还是一个视频游光盘,抑或一本小开本的书籍。但光听声音这几样东西或许差不多。

  众所周知,蓝色星球的内部十分“烫手”,火山的存在和对矿藏内部温度的测量可以证实这一点。直到不久前科学界还一直认为,地核温度大概类似于太阳表面的温度,但最新的估计却发现地心温度达到了6000摄氏度,比在实验室中测定的温度高出大约1000摄氏度。

  这一测量结果来自于欧洲同步加速辐射中心的一组研究人员。地核主要由液态铁组成。研究人员将液态铁置于330万个大气压力的环境下,并采用激光将液态铁加热至数千摄氏度。利用同步加速X射线观察,研究人员将这种压力和温度下的液态铁与被认为是地核主要构成成分的液态铁的结构加以比较,得出的结论是地核内部的温度比太阳表面温度高9%。

  如果温度随着逐渐靠近地心位置而升高,岩石就会变为液态。如果真是如此,鉴于太阳和月球都会对海洋潮汐现象产生影响,那么地球内部是否也会制造海洋潮汐呢?这正是德国天文学家恩斯特·冯雷博伊尔-帕施维茨思考的问题。他在19世纪末制造了一个水平摆来求解这一问题。他的试验虽然失败了,但却记录下了一次遥远地震传来的地震波。现代的地震仪由此诞生。

  地核到底是什么样子的?我们可能会认为地核由铁块组成,但并非如此,而且答案可能还会出乎你的意料。1995年,华盛顿卡内基学会的地球物理学家推断,在地球中心有一块巨大的晶体。这一发现源自科学家的另一个发现,即如果地震波从一极到另一极的南北方向传播要比在赤道的东西方向传播快将近4秒。这也就是说固态地核呈现方向性差异或称“各向异性”,也就是说在各个方向上是不同的特性。卡内基学会的罗纳德·科恩指出,我们只知道有某种结构存在,但不知道到底是何种结构。于是,科恩及其科研团队开始利用CRAY C90超级计算机探究固态地核到底是怎么一回事。

  在地球表面,铁可以呈现出三种晶体状:体心立方、面心立方和密排六方晶体。以前认为地球内核的固态铁呈体心立方晶体,但经过超级计算机的详细计算证实,这种晶体结构不能承受地心的压力和温度,但其他两种结构却可以。最重要的是,其他两种结构可以解释地震波的“各向异性”特征,其中密排六方晶体是最符合地震波数据的一种结构。

  根据计算,地核开始形成于10亿至30亿年前,而且从那以后再也没有增大。此外,地球内核两个部分之间温度的差异造成了一种外部的对流运动:热物质上升和冷物质下沉。正是这种对流运动刺激并维持着在地球物理学范畴内最大的一个谜团:地球磁场。

  从1600年英国女王伊丽莎白的御医威廉·吉尔伯特称地球是一块“大磁铁”以来,探究为何会存在地球磁场就成为了科学界一个难以解答的问题。产生磁场只有两种方式。一是通过吉尔伯特认为的永久磁石,另一种是通过电流。不管是哪一种,都符合一点事实,那就是磁场的起源在地球内核,而且是自地球存在以来就已经存在了。

  但是永久磁石还不能解释所有问题。1919年爱尔兰人约瑟夫·拉莫尔提出,磁场由自激发电机效应产生,也就是某些电流产生了磁场。这种电流不能出现于地幔,因为地幔是由无法产生与观测到的磁场强度相同的半导体物质构成的。因此电流只能来自于一个地方:地球内核。

  拉莫尔提出的发电机效应需要预先存在一个原始的磁场和一种导电流体,也就是铁,以便把旋转的能量变为磁场能量。一旦发电机效应开始,原始磁场就会消失。

  距离威廉·吉尔伯特出版《磁石论》一书已经过去了400多年。因为这本书,作为静电学和磁学实验方面的先驱,吉尔伯特被视为英国实验科学之父。但是,尽管科学界已经取得了很多成就,有了很多重大发现,但对于我们生活的地球的中心,依然有很多未知的东西等着科学家们去研究。(编译/王萌)

  地幔深处蕴藏巨大水库 水量或超海洋总和

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