0%
第七章 地球內部

第七章 地球內部

溫泉、人工噴泉以及鑽井也說明了同樣的道理。鑽井是指利用鑽孔機挖出的圓柱形的很深的洞。鑽孔機是一種帶著螺紋鑽頭的堅硬的鐵棒,用來穿過土地表層以及岩石的底層,直至深入到與相鄰的水流或湖相接的地下水源,此時,地下水就會湧出地表,這表明了地熱滲透在地球內部。
在大西洋的最北部,與北極圈接壤的地方,有一個孤島。這個孤島位於兩片陸地之間,東西向與它們連接。這個島就是極其寒冷的冰島,幾乎一整年都下雪,很少見到太陽,一年中白天最短的時候,日照時間只有一小時。但是,在冰雪之中卻可以看見一處受到地球內部高溫影響而產生的奇特景觀。冬天的時候,整個島都被雪堆滿了,而此時的地下卻有一個火爐在燃燒,而且還時不時地向空中噴出熱水。這附近方圓6000多米的地方有100多個這樣的間歇泉。其中,最有名的是大間歇泉,從直徑14~16米的大盆地里噴射出來,這個盆地在一座由噴出的水結冰而形成的雪白的小山丘的頂部。盆地的內部是窄的,像個漏斗一樣,延伸到很深的地方。
雖然這條定律很簡單,但是至關重要。這條基本定律說明,地球外部以及內部物質都是按照質量的大小進行排列的。在地球外部,處在最上層的就是空氣,然後是地球表面的無限大的海洋,再下面的是土地,支撐著所有的海洋和地表的一切物質。地球內部物質的組成結構也是一樣的,就像鐘擺實驗告訴我們的,組成地球內部結構的物質比組成地球表面的物質的質量大,而且越深的地方,質量越大,也就是離地心越近越重。
因此,經過極其複雜的計算,我們可以通過單擺實驗得出地球內部物質的質量。通過計算髮現,如果把組成地球內部結構的物質包括空氣、水、石頭、金屬以及各種礦物質全部混合在一起,那麼每立方分米的這種混合物的質量是5.5千克。這裏面空氣的含量只有1.03克;水是1千克;而大理石、建築石材、花崗岩以及各種土壤,還有其他組成地球外read•99csw.com殼的物質,只佔2千克~3千克。因此,組成地球深層的物質一定比表層的重,否則不可能達到每立方分米5.5千克。在這兒,我們可以得出這樣的結論:組成地球內部的物質的質量相當大,而且很可能都具金屬性。這就是我們從鐘擺實驗得出的結論。
從另一個很簡單的實驗中,我們可以學習到更多。首先往瓶子里倒入少量某種非常重的液體,比如汞(俗稱水銀),如果沒有水銀可以用一些非常小的炮彈,只要它們能夠在瓶子里自由活動。然後往同一個瓶子里倒入等量的水銀,之後再倒入等量的油。同時,在瓶子的頂部留出一點空間。現在呢,我們用軟木塞把瓶子蓋上,然後再慢慢搖晃。如果不停地搖晃,瓶子里的4種物質(汞、水、油、空氣)就會完全混合在一起,直至無法分清。但是當搖晃停止的時候,慢慢地液體就會出現分層了,4種物質分別分離,層次非常鮮明。在這4種物質中,金屬是最重的,所以它沉到底層;在它上面的就是水銀;再上一層就是水,因為水比金屬輕,比空氣和油重;在水上面的是油;然後最上層的就是空氣,因為它是4種物質中最輕的,充滿了整個瓶子的瓶口處。因此,被充分混合的各種液體物質,處於靜止狀態時,它們就會恢複原來的層次,所有的物質都分得很清楚,根據相對質量的大小,各自佔據位置,最重的在最底層,最輕的在最上層。
間歇泉每次噴發前,地面都會產生強烈震動,同時伴隨著類似地下炮火爆炸發出的沉悶聲。隨著爆炸越來越猛烈,地面的震動越來越強烈,從火山口噴發的水直衝而上,填滿了整個盆地,不久,就形成了冒煙的水柱,似乎有一把無形的火在不斷地給它加熱,水的溫度直逼沸點,像鍋爐的水一樣,猛烈翻騰著。藏匿於盤旋而上的蒸氣中的水柱越來越高,同時還冒出大量氣泡。突然,間歇泉爆發出最大的力量:大爆炸發生了,高達16米的水柱直接射向高空60米的地方,接著再直瀉而下,水九九藏書珠透過熱騰騰的水蒸氣,湧向四面八方,像一場盛大的熱水淋浴。這樣的噴發只維持了幾分鐘。之後,水柱墜落,從盆地里噴出來的水又流回出水口深處,取而代之的是沖向藍天的蒸氣柱,勢不可當,同時伴隨著一陣雷鳴般的聲音,不斷地衝擊著阻擋它前進的岩石,岩石或落到出水口,或摔得粉碎。到處充斥著盤旋的蒸氣,最後間歇泉停了下來,等待下一次的爆發。
流動性物質例如空氣和水會按照質量的大小來排列,這點很容易理解,但是為什麼像岩石、礦物質這些組成地球內部的物質也遵循同樣的定律呢?為什麼在我們腳下幾十千米地方的物質會比那些在地球表面的物質重呢?我們可以用實驗中汞、水、油和空氣的分層現象來解釋嗎?我們可以認為所有組成地球的物質最原始的狀態都是可流動的嗎?地球是從天爐里噴射出來的龐大金屬球嗎?誰知道呢!讓我們作進一步研究吧。
我們都知道許多到達地面的自然泉水的溫度非常高,有些甚至接近了水的沸點,這些泉水就叫做溫泉,這也反過來證明了:泉眼處的水溫很高,所以它們在地面的溫度才能夠得到保證。法國最有名的溫泉位於查德斯·艾格和康塔爾的維克。這些溫泉的水都差不多達到沸騰狀態,不過與間歇泉比起來,這還不算什麼。
單擺的擺動是由於受到地球引力的作用。地球內部的每一個分子都對這個引力作出了貢獻。不僅僅是離單擺最近的物質吸引它,促使它擺動,地球內部深層的物質也對它產生作用,事實上,這個引力是地球內部所有物質共同作用的結果。假如地球內部的物質是現在的地球裏面的2倍、3倍或4倍,那麼作用在鐘擺上的引力將會是原來的2倍、3倍或4倍,鐘擺就會擺得非常快。在鐘擺長度不變的情況下,它擺動的速度取決於地球內部物質的質量。
既然如此,我們就可以把地球看作一個充滿熾熱液體物質的球體,這個球體的外殼是固體材料,而內部是被熔化了的礦物質的海洋。進而可以想象地球的最原始狀九-九-藏-書態是具有流動性的液體。形成堅硬的外殼是地球表面被冷卻的結果。照這麼看,一切就很好解釋了:兩極的內陷,赤道的膨脹,物質根據質量大小分層,都源於整個地球的最原始狀態是液態的。
不過,事實上,溫度是不可能這麼上升的。當達到可以熔化所有物質的溫度時,平衡就會遭到破壞,因此我們可以推斷最高溫度只能達到2000~3000攝氏度之間,在更深的地方,溫度就不會再升高。溫度是否真的停止升高還沒辦法證實,不過這不是最重要的,更值得我們注意的是:在地表以下48千米的地方,溫度是否足以熔化所有的礦物質。
毫無疑問,地球內部的溫度非常高,這都來源於太陽的能量。就像前面所舉的例子所證實的一樣,地表下深度約每增加30米,溫度就升高1攝氏度。讓我們來想想,地球內部最深的地方會是什麼樣子。
只有在地球表面,才可以感受到一年四季溫度的變化。地表以下一點點的地方,冬天和夏天的溫度是一樣的。當由夏天轉為冬天時,在地表,溫度可能會降20~40攝氏度,甚至更多;然而在地表以下幾米的地方,一整年都保持一個溫度。這個溫度與地表上夏天和冬天的中間溫度一樣;或者更確切地說,是平均溫度。
現在我要帶你們去探索地球的內部,也就是我們腳下幾千米的地方。什麼?我們能在地球內部探索到什麼呢?會偶然發現金屬的秘密嗎?會不會看到堅固的岩石縫裡的金子?可以看看鐵、銅、錫是如何形成的?可以親眼目睹閃閃發亮的寶石?可以探索紅寶石、藍寶石和鑽石形成和保存的過程?據說,在地球的內部有著數之不盡的寶藏。
經過18個月的觀察,人們發現英國蘭杜寇斯礦區的地表下421米的地方的溫度始終保持在24攝氏度,而這個地區的地表溫度是10攝氏度,這相當於每30米升高1攝氏度。在紐卡斯爾的一處油井,483米深的地方的溫度比地表的高出14攝氏度,相當於每34米溫度升高1攝氏度。另外,在諾森伯爾的https://read.99csw.com油井測得的結果是每24米升高1攝氏度。目前全世界最深的礦井位於波西米亞的卡特穆伯格,在地表下1151米處,這裏的溫度高達40攝氏度。這個溫度只有在熱帶地區才會有,我們國家最熱的時候,也不會達到這個溫度。因此,就像在地表的冬天有難以抵抗的嚴寒一樣,在赤道區域的礦區的最深處亦有著難以忍受的酷熱。托斯卡納的蒙特馬斯礦區即使不深,但是溫度仍然很高,在不到370米的地方,溫度就已經達到42攝氏度了。這些例子無一例外地說明了一個規律,同時還表明了這樣的一個事實:地球的內部是一個貨真價實的火爐。顯然,礦區底部的熱量表明了礦區就處於某處巨大的地火附近。
這些鑽井中最為出名的當屬位於巴黎的格納爾噴井,它有547米深,湧出來的水溫保持在28攝氏度。在它附近的普通噴井噴出來的水只有10攝氏度,這就是當地的平均溫度。也就是到了547米的地方,溫度上升了10攝氏度,相當於每30米升高1攝氏度。離格納爾噴井大約4千米處的帕斯噴井有586米深,水溫大約是28攝氏度。西伐利亞的紐·薩沃瑞克噴井深達622米,水溫是32攝氏度。位於法國和盧森堡邊界的蒙多夫的井深達700米,水溫是35攝氏度。對比相應的深度所達到的溫度,有些地方的地下溫泉的水溫更高。深達385米的諾優芬噴井,水溫就達到了39攝氏度。這些例子都說明了地球內部的某種熱量,使地表下的泉水溫度上升。而且溫度的上升是遵循一定的規律:每三四十米溫度升高1攝氏度。
一個地方的平均溫度是指:假如這個地方每年所接收的熱量是平均分配的,不分季節,把這些平均分配到每一天,也就是365天,那麼所得的就是這一年的平均溫度。一天的平均溫度是把一天中最高的溫度加上最低的溫度,所得的和再除以2。法國北方的平均溫度是10~11攝氏度;南方是14~15攝氏度。某個地方地表以下20米的地方的溫度就是這個地方地表一整年https://read.99csw•com的平均溫度。
再深入到地球內部,我們發現越往平均溫度層以下的地方,每向下20~30米,溫度就會上升1攝氏度。不管是什麼氣候,越往下溫度越高,世界上的每個地方都一樣。只不過,每個地方平均溫度層的厚度不一樣,所以要找到溫度升高的地方的深度就不一樣。由於不同的地方土壤性質就不一樣,所以毫無疑問,這就是平均溫度層厚度有差別的原因。像這樣的例子有成千上萬個,我們現在講幾個比較典型的。
如果地球深處的溫度也是每增加30米就升高1攝氏度的話,那麼地表下3千米處的溫度肯定達到水的沸點100攝氏度;21千米處,將會有700攝氏度,相當於熾熱的鐵的溫度,足以熔化大部分物質;而41千米處,溫度將達到1600攝氏度,相當於鉑的熔點,也就是鉑這種金屬要熔化所需的溫度;而地心處,也就是地表下6400千米,溫度將達到21萬攝氏度,是我們目前的機器能生產出的最大熱量的100多倍。我們無法想象這麼高的溫度,其足以使任何一種物質(包括金屬)熔化甚至蒸發。
跟地球表面與地心距離相比,人類挖掘礦產資源所到達的最深的深度是微不足道的。開採出來的礦坑也僅僅是在地球表面,根本無法通過這些礦坑探索地球的內部結構。我們無法進入到地球內部,所以也不能用肉眼直接觀察。不過,我們至少可以用我們的聰明才智通過一個非常簡單的裝置發現地球內部的很多秘密。我指的是鐘擺,鐘擺的擺動向我們證明了:它在有些地方擺動得慢,在有些地方擺動得快,是由於離心力的作用,並且在這個力的作用下,地球的兩極是凹進去的,赤道是膨脹的。同樣,單擺的實驗也告訴我們地球內部到底是由什麼物質組成的,為什麼礦工難以進入。
不,我不是要告訴你們金銀的來源,也不是要告訴你們寶石庫在哪裡。我是要告訴你們地球的內部結構。我們不是進行地下旅程,沒有寶石也沒有無價金屬,不過有更好的東西——地球內部的建築概念以及產生對偉大的建築師的敬佩之情。