【25个科学问题征文】大地内部如何运作？ [ MacArthur ] 于:2005-07-22 15:13:08 主题帖
Richard A. Kerr

板块构造论只能解释这么多 - 的确，对于地球上大部分地壳结构它都能给出合理解释。但这就象光看到大笨钟表盘怎么运动的 -- 表面之下还有很多需要了解，诸如它是怎么运行的，为什么... 对于地球而言，板块之下尚有6300公里厚的岩石和铁矿流。它们之间互相搅动，形成了地球热核的运动机理。地壳板块之间碰来撞去，就如同大笨钟表盘上转动的指针：虽能有所指示却无法揭示其内在的驱动机理。



地球学家们沿用了前板块理论时代学者们的简单模型：地球就象个大洋葱。从地核深处传来的地震波表明，在千疮百孔的地壳之下，是2800公里厚的岩石地幔，再往下就是厚达3700公里的液态铁流 -- 在地核中心反倒是固态铁。地幔还可以细分为地表以下670公里厚的上地幔和下地幔 -- 下地幔最底层几百公里厚处有迹象表明可能又是一层。

经历了板块革命后，“洋葱”模型仍在发展壮大。目前主流观点认为：以地表下670公里处为界，地球内核可被认为是一个三层动力核。距地表670公里往上，地幔就像平底锅里的开水一样在缓慢蠕动，在大洋中脊喷吐出热量和岩石，形成新的地壳；经由深海海沟吞噬那些冰冷的旧岩层来冷却内部。670公里层以内喷吐出的热岩浆可以在地表形成象夏威夷那样的活火山。但是热岩浆不可能从670公里层下喷涌上来 -- 同样，冷却的岩层也不可能沉降到670公里层之下。另外有少数人则认为，地幔就象一口深煮锅里沸腾的水一样不停涌动，熔岩可从地核直涌地表。

四十年来，人们使用越来越高级的震波成像技术对地球内部进行探索，结果非但没有平息争论，反而愈加令地核模型复杂化。成像表明，670公里层并非不可逾越。岩板虽有困难但仍可穿透此层。分层学说的支持者们适时地放弃了670公里层，转而提议将此层划分到1000公里或者更深处。或者，只有一层不太明显的半透地层，只让最强劲的沉降层/岩涌通过？

震波成像同时也描绘出在非洲和太平洋下分别有一大团地幔岩，就象活塞一样(所谓地幔热柱）。学者们尚不清楚它们到底是因为比周围热而靠自身浮力升起来的，还是因为冷而沉降下来的，抑或干脆就是被附近的岩涌流给带上来的。薄薄一层半融岩石点缀在幔岩底部，似乎在标示着岩涌的底部，又似乎什么都不是？（圣母马利亚呀，救救偶吧... 连作者都不知道自己在说什么了，偶就更糊涂了...） 地球化学家们从幔岩的化学成分和同位素分析中发现，有五个长寿熔岩湖至少经历几十亿年而没有被搅和到地幔中去。但他们根本不知道在漫漫的地幔中何处寻找这些熔岩湖。

我们如何才能拆解地球运动这台越来越复杂的机器，来发现其运动机理？继续做更多的研究，和更多的耐性。毕竟，板块理论半个多世纪前才刚成形。那些先行者们则必须钻研海床以下更深的地方。

随着更好的地震探测器在地球表面均匀分布，震波成像技术将继续提高。震波数据已经能够分辨温度和成份之影响，描绘出一幅更加复杂的地幔结构图。矿物物理学家们在实验室里发现地幔深处岩石的更多成份参数，以供诠释震波资料 -- 但仍然受制于对于地幔成份之无知。模型学者们根据地震、矿物研究和细微地理观察资料，将会更精确地描绘出整个地热机制。再过40年或许就有答案了。
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