地底深处

吴东东　西蒙　谢巍　李江

我们总是把地球比作母亲。的确，古老而仁慈的地球一直默默地哺育着地球上的所有生命，但对于地球母亲我们却是索取多于反哺。也许我们平时并没有意识到大自然到底带给了我们什么，下面就让我们来感受地球母亲的慷慨馈赠吧。

首先我们来认识地下丰富的矿物资源，它是我们的基础能源和制造日用品的基础原料。人类通过开凿矿井来采集矿物。

超级大火炉

火山是一种常见的自然地貌形态，是由地下熔融物质及其携带的固体碎屑冲出地表后堆积形成的山体。地壳之下100—150千米处，有一个“液态区”，区内存在着高温、高压下含气体挥发成分的熔融状硅酸盐物质，即岩浆。岩浆一旦从地壳薄弱的地段冲出地表，就会形成火山。火山分为活火山、死火山和休眠火山。火山是炽热地心的窗口，是地球上最具爆发性的力量之一，火山爆发往往形成火山泥石流、熔岩流等地质灾害。火山爆发时会喷出多种物质，主要物质为火山灰。火山灰凝固会形成火山泥，火山泥在冶金、化工、医疗、壁材领域应用广泛。

火山爆发时，向上喷出的熔岩和碎屑可高达数百米，而火山灰甚至可以达到十几千米。这样的火山爆发有可能会摧毁临近的城市。但火山带给人们的并不只有灾害，如果没有火山，地貌不可能像今天这样千姿百态。

数十亿年前，当地球刚刚形成时，地球上到处都是活火山。这些火山为地球表面提供了热能、水以及大量的二氧化碳和地球大气层形成初期所需要的其他元素。科学家认为，火山爆发是地球天然气候的一种调整机制。

我们至今也还不完全清楚，地球上的生命是怎样起源的。有一种理论认为，火山喷发有利于合成有机聚合物和氨基酸。氨基酸是蛋白质的基本组成单位，而蛋白质是生命的物质基础。

地球生命的萌芽，无疑得益于火山喷发出来的有机物质。火山灰里富含磷、鉀、镁，很多火山周围的土地都非常肥沃。

火山活动还促成了一些新的陆地的形成。夏威夷群岛、冰岛等，就是海底火山喷发而形成的。

内部大剖析

研究地球内部可不是一件容易的事，地球的半径差不多有6300千米，而且越是靠近地心的地方人们越难观测到那里的情况，因为那儿的温度特别高。

既然不能深入地底深处一探究竟，科学家就利用地震波来研究地球内部的构造，因为地震所产生的波动会传递到地球的各个区域。

地震波本身的速度取决于温度、压力和穿越介质等因素。通过对地震波的研究，科学家粗略地知道了地球的内部结构。

地球内部结构是指地球内部的分层结构。根据地震波在地下不同深度传播速度的变化，一般将地球内部分为三个同心球层：地核、地幔和地壳。中心层是地核，中间是地幔，外层是地壳。地壳与地幔之间由莫霍面界开，地幔与地核之间由古登堡面界开。地震一般发生在地壳之中。地壳内部在不停地变化，由此而产生力的作用，使地壳岩层变形、断裂、错动，于是便发生地震。超级地震是指震波极其强烈的大地震，其破坏程度是原子弹的数倍，破坏力十分大。

1910年，南斯拉夫地震学家莫霍洛维契奇意外地发现，地震波在传到地下50千米处有折射现象发生。他认为，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2900千米深处，存在着另一个分隔不同物质的界面。后来，人们为了纪念他们，就将这两个面分别命名为“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。

地震是地球内部介质局部发生急剧破裂产生的震波在一定范围内引起地面震动的现象。地震就是地球表层的快速震动，在古代被称为地动。它就像刮风、下雨、闪电一样，是地球上经常出现的一种自然现象。大地震动是地震最直观、最普遍的表现。在海底或滨海地区发生的强烈地震，能引起巨大的波浪，称为海啸。地震是极其频繁的，全球每年发生地震大概500万次，大部分发生在环太平洋地震带上。

今天，探测器可以遨游太阳系外层空间，但对人类脚下的地球内部却鞭长莫及。目前世界上最深的钻孔也不过12千米，连地壳都没有穿透。科学家只能通过研究地震波、地磁波和火山爆发来猜测和分析地球内部的秘密。

直达地心

地球上距离地心最远的地方是哪里？你肯定会脱口而出：当然是珠穆朗玛峰了！但实际上却是位于南美洲厄瓜多尔的坎博拉索山，它海拔6272米。

原因就在于地球并不是一个正圆球，而是一个两极稍扁、赤道处略鼓的不规则球形，坎博拉索山的顶峰正好位于鼓起的赤道附近。

由于在实验室里也很难模拟地球内部的情况，因此人们对它了解得还很少。但有一点科学家是深信不疑的：地球内部是一个极不平静的世界，地球内部的各种物质始终处于不停息的运动之中。有的科学家认为，地球内部各层次的物质不仅有水平方向的局部流动，而且还有上下之间的对流运动，只不过这种对流的速度很小，每年仅移动1 厘米左右。有的科学家还推测，地核内部的物质可能受到太阳和月亮的引力而发生有节奏的震动。

做一个简单的模拟实验：在装满水的矿泉水瓶子里放入一颗小石子，拧上瓶盖，瓶身系上一根绳子，手拽住绳子的另一端快速甩动绳子，使瓶子在垂直方向做圆周运动。实验的结果是，瓶子内的石子始终偏向牵引它做运动的绳子（即引力）的反方向。

同样的道理，地球在太阳引力作用下绕太阳旋转，地核将偏向太阳引力的反方向，不在地球中心。

地球的结构同其他类地行星相似，是层状的，这些层可以通过它们的化学特性和流变学特性确定。地球拥有一个富含硅的地壳、一个非常黏稠的地幔、一个液体的外核和一个固体的内核。这些对地球内部结构的认识来源于物理学证据和一些推断，这些证据包括火山喷出的物质和地震波。地球内部从古登堡不连续面起，一直到地球中心，被称为地核。

关于内核的物质构成，学术界有不少争议，许多人认为主要是由铁和镍组成的。但究竟是不是这样，还有待于进一步探索、证明。此外，内外核也不是截然分开的。地核的密度很大，即使是最坚硬的金刚石，在这里也会被压得跟黄油那样软。

有科学家提出，地球犹如一个天然的巨大核反应堆，人类则生活在它厚厚的地壳上。而地球表面之下3000千米深的地方，是直径和火星差不多大的地核，由于这里放射性元素集中，这些放射性元素天然的衰变或核裂变过程会释放能量，这些能量成为火山能量和地热的来源之一。

20世纪50年代就有科学家提出，行星表面甚至内部都可能存在自然的核反应，但这种理论的第一个物理证据出现在20世纪70年代。当时法国科学家在非洲加蓬一处铀矿点发现了发生于地表的天然连锁核反应，这一核反应已经持续了数十万年，并在这一漫长的过程中消耗了数吨重的铀。