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地球内部结构图

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发表于 2016-11-21 22:46:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
  一直以来,人们力图探寻地球内部的奥秘,包括地球内部构造图,一直是人类探索的。18世纪,人们计算出地球的平均密度后发现:地球内部的平均密度为5.52克/厘米3,而地球表面岩石的平均密度是2.67克/厘米3,两者相差1倍多。这说明地球内部一定存在着重物质。19世纪中期以后,人类开始大规模地探索地球内部的奥秘。


  地球内部结构图


  地球是一个非均质体,内部具有分层结构,各层物质的成分、密度、温度各不相同。在天文学中,研究地球内部结构对于了解地球的运动、起源和演化,探讨其他行星的结构,解决行星以至整个太阳系起源和演化问题,都具有十分重要的意义。

地球内部结构图

地球内部结构图



  到目前为止,关于地球内部的知识,主要来自对地震波的研究。地震波在地球内部传播时,分为纵波和横波。地震波的传播速度与地球内部物质的密度和性质密切相关。在不同性质和状态的介质中,地震波传播速度有显著变化。依据地球内部不同部分的地震波传播速度的资料,可以分析地球内部的结构。地球内部存在两个主要的间断面:第一个间断面位于地表下平均约三十多公里处,称莫霍洛维奇间断面(简称莫霍面或M界面);第二个间断面位于地表下约2,900公里处,称谷登堡-维舍特间断面。这两个间断面把地球内部分成三个主要的同心层:地壳、地幔和地核。莫霍面以上是地壳,莫霍面和谷登堡-维舍特间断面之间是地幔,从谷登堡-维舍特间断面到地心是地核。


  人类在地球上已经生活了二三百万年,它的内部到底是个什么样子呢?有人说,如果我们向地心挖洞,把地球对直挖通,不就可以到达地球的另一端了吗?然而,这却是不可能的。因为目前世界上最深的钻孔也仅为地球半径的1/500,所以人类对地球内部的认识还是很不准确的。随着科学的发展,人们从火山喷发出来的物质中了解到地球的内部的物理性质和化学组成,同时利用地震波揭示了地球内部的许多秘密。


  澳大利亚的布伦根据地震资料于1967年提出了地球内部结构的A模型,1970年又提出了HB2模型。这些模型对地球的分层结构作了更仔细的研究,目前广泛使用的是A模型。
  地壳又称 A层,它的厚度是不均匀的,大陆地壳平均厚度约30多公里(中国青藏高原的地壳厚度可达65公里多),而海洋地壳仅5~8公里。密度为地球平均密度的1/2。大陆地壳上层的成分约在花岗闪长岩和闪长岩之间,下层岩石可能是麻粒岩和闪岩。海洋地壳是橄榄岩。据目前所知,地壳岩石的年龄绝大多数小于20多亿年。这意味着现在地球壳层的岩石不是地球的原始壳层,是以后由地球内部的物质通过火山活动与造山运动而形成的。


  地幔的物质密度由近地壳处的3.3克/厘米3增至近地核处的5.6/厘米3,地震波传播的速度也随之增大。地幔分为三层。从莫霍面到地表下410公里深处,称为B层,地震波波速几乎随深度直线增大。往下到1,000公里深处是一个过渡带,称为C层,地震波波速不均匀地增大,说明内部物质分布不均匀。B、C两层称为上地幔。再往下到2,900公里处称为D层,即下地幔,波速增大较均匀,而且没有发生过地震。地幔物质的主要成分可能是同橄榄岩相似的超基性岩。

地球内部结构图

地球内部结构图



  地核也分为三层。E层是外地核,可能是液体,地震波横波在这里消失。 F层是外地核和内地核之间的过渡层。G层是内地核,可能是固体的,这里又出现地震波横波。地核虽只占地球体积的16.2%,但由于它的密度相当高(地核中心物质密度达到13克/厘米3,压力可能超过370万大气压),根据有些学者计算,它的质量超过地球总质量的31%。地核主要由铁和镍等金属物质构成。
  地球内部的温度随深度而上升。根据地震波传播情况得知:地幔是固体状态的,100 公里深处的温度已达1,300℃,300公里深处的温度是2,000℃。据最近估计,地核边缘的温度约4,000℃,地心的温度为5,500~6,000℃。由于地球表层是热的不良导体,来自太阳的巨大热量只有极少一部分能穿透到地下极浅处。因此,地球内部的热能可能主要来源于地球本身,即产生于天然放射性元素的衰变。


  地球的重力加速度也随深度而变化。在地球内部,地球自转引起的惯性离心力随深度的增加而减少,这样,地球内部的重力可以简单地看成是地球的引力。一般认为,从地表到地下2,900公里深处,重力大致随深度而增加,在2,900公里处重力达到最高值,约1,000伽。从地表下2,900公里到地心,重力急剧减小,到地心为0。


  1910年,前南斯拉夫地震学家莫霍洛维奇契意外地发现,地震波在传到地下50公里处有折射现象发生。他认为,这个发生折射的地带,就是地壳和地壳下面不同物质的分界面。1914年,德国地震学家古登堡发现,在地下2900公里深处,存在着另一个不同物质的分界面。后来,人们为了纪念他们,就将两个面分别命名为“莫霍面”和“古登堡面”并根据这两个面把地球分为地壳、地幔和地核三个圈层。


  地壳是地球最外面的一层,一般厚33公里(大陆)或7公里(海洋)。地壳分为上下两层,其间是康拉德面,在10公里左右。上部地壳只有大陆有,海洋基本缺失。上部地壳主要为花岗岩层,下部地壳主要为玄武岩层。


  介于地壳和地核之间的部分是地幔,平均厚度为2870公里左右。地幔也分为上下两层,分界面约在1000公里左右。上地幔主要由超基性岩组成。下地幔主要由超高压矿物组成的超基性岩构成。

  在上地幔分布着一个呈部分熔融状态的软流圈,其深度在60-400公里左右,是液态岩浆的发源地。由于莫霍面上下物质都是固态,其力学性质区别不大,所以将地壳和软流圈以上的地幔部分统称为岩石圈。

  地球的中心部分为地核,半径为3473公里左右。地核又可分为外核和内核。根据对地震波传播速度的测定,外核可能是液态物质,内核则是固体物质。地核的物质成分同铁陨石相似,所以有时又叫“铁镍核心”。


  地球内部的奥秘


  地球物理学家通过地震仪测量发现,每当发生巨大地震时,受到强烈冲击的地下岩石会产生弹性震动,并以波的形式向四周传播,这种弹性波就是地震波。地震波分为纵波(P波)和横波(S波)。纵波可以通过固体、液体和气体传播,且传播速度较快;横波只能通过固体传播,传播速度较慢。由此可知,随着所通过物质的变化,纵波和横波的传播速度也会发生变化。

地球内部结构图

地球内部结构图


  1909年10月8日,萨格勒布地区发生了一次强烈地震,南斯拉夫的地震学家莫霍洛维奇经过研究发现,地震波在传到地面下33千米处发生了折射现象,于是他认为这个发生折射的地带正是地壳和地壳下面物质的分界面。1914年,在一次地震中,美国地震学家古登堡又发现在地表下面2900千米处,纵波的传播突然急剧变慢,横波则完全消失了,这说明存在着另一个不同物质的分界面。后来,人们为纪念他们,将以上两个不同的界面分别命名为“莫霍面”和“古登堡面”。

  地球内部以莫霍面和古登堡面为分界,分为地壳、地幔和地核3个圈层。地壳是地球的最外层,指从地面到莫霍面之间很薄的一层固体外壳。地壳主要由各种岩石组成,高低不平,平均厚度为17千米,大陆部分远比海洋部分厚,平均厚度为33千米,高山、高原地区甚至厚达60~70千米,海洋地壳平均厚度仅有6千米。地幔位于地壳和地核之间,是从莫霍面以下到古登堡面以上的一层固体物质。


  这一层的主要成分是铁镁的硅酸盐类,其含量由上而下逐渐增加。这一层分为上地幔和下地幔,深度为从地下5~70千米以下到地下2900千米以上,从莫霍面到1000千米深处是上地幔,地下50~250千米是上地幔顶部,这里存在一个软流层,岩浆可能就是发源于此。

  地下1000~2900千米深处是下地幔,其温度、压力和密度都比上地幔大,物质状态可能不再是固体,而是可塑性固体。地核是地球的中心部分,位于地球的最里层。
  1936年,丹麦地质学家莱曼通过对地核中传播的地震波速度的测量,发现地核又可分为外核和内核两部分。外核在2900~5000千米深处,物质状态接近液体。内核又叫“铁镍核心”,在5000千米以下深处,其温度、压力和密度更高了,物质成分近似于铁镍陨石。

  美国科学家做了大量的模拟试验后发现:地核温度从内到外温度逐渐降低,地球中心的温度大约是6880℃;内外核相交面的温度是6590℃,略低于地球中心;外核与地幔的相交面的温度更低,是4780℃。除此之外,科学家还发现,地球内核的压力极大,每6.5平方厘米为2200万千克,是海平面的地球大气压的330万倍。

  近年来,借助大型计算机,研究人员从地面上3000个监测站收集到了大量的地震观察情报,并对之进行了综合分析,描成一张总图,结果发现:地核表面布满“山头”和凹凸不平的地带,结构与海洋相似,充满了低密度流体。20世纪90年代,在中欧的一个小城温迪施埃中巴赤,人们钻探出了一个直径22厘米、深14千米的世界上最深的洞。这个地区地理情况十分特殊,这里的岩石有30千米厚,并向地表突出。

  历史上古老的欧洲板块和非洲板块在这里相互碰撞,彼此推挤和啮合。正是由于这种地理情况的存在,地质学家们打算用管状的、中空的特殊钻孔器旋出岩心,把这些岩心提取上来,但这次努力最后还是以失败而告终。经过多次的失败,人们不得不暂时承认,肉眼不能直接看到地球内部的情景。但是我们相信,总有一天人类能够揭开地球内部的奥秘。
发表于 2016-11-29 22:52:30 | 显示全部楼层
不是有一种粒子可以穿透万物吗?是否能用其对地球进行扫描呢?
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发表于 2016-11-29 22:55:45 | 显示全部楼层
好像叫中微子
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发表于 2016-11-29 23:02:26 | 显示全部楼层
记得好像有人说,地热来自地核的核反应。我想知道,核反应产生的核辐射去哪呢,这个核衰变的周期是多长,喷出的岩浆是否受到污染,是否有核辐射
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