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地球作为一个整体,在构造上有它自己显著的特征,即它是由同心圈所组成,不论是地球内部还是地球表面都是如此。
地球最外面的一层叫地壳(lithosphere,the earth's crust),这就是地球的表皮,假如把地球比作鸡蛋的话,那么,地壳就相当于鸡蛋的蛋壳。地壳由各种岩石组成,除地表覆盖一层薄薄的沉积岩、风化土和海水外,上部主要由花岗岩类的岩石组成,由于富含硅和铝,称为硅铝层;硅铝层的厚度并不到处一样,在大洋深处有的地方甚至没有硅铝层,下部主要由玄武岩或辉长岩类的岩石组成,由于富含硅和镁,称为硅镁层。除大洋底部有硅镁层直接露出处,其余都埋在硅铝层之下。地壳的平均厚度为33公里,大陆所在的地方比较厚一些,海洋的地方比较薄,最薄的地方10公里都不到。如我国青藏高原下面的地壳厚度在65公里以上。海洋下面的地壳,厚度只有5-8公里。在地壳表面还有一层风化壳,上面“发育”了一层薄薄的土壤。地壳的压力由上至下逐渐加大,由表面的一个大气压增至1300个大气压,温度至底部增加到摄氏1000度左右。
地壳同我们人类生产和生活的关系最密切,里面含有大量的矿产,可供我们开采利用。
地壳往下的那一层叫做地幔(mantle),又称“中间层”,介于地壳和地核之间,是固体层,厚度2900公里左右。地幔可分为上下两层。上地幔深度35-1000公里,上地幔最靠地壳的一层是由橄榄岩一类的物质组成,这种物质非常坚硬。现在知道最深的地震,是发生在地下700公里的地方,即地幔上部。地幔的物质可能是固态的,也可能象粘胶一样处在半流动状态,当它受到外力作用时,能够变形而不致破裂。如果地壳的某个地方发生了裂缝,“地幔”上部的物质就会喷出地表,变成熔融赤热的熔岩,这就是火山喷发了。下地幔离地面1000-2900公里,可能比上地幔含有更多的铁。地幔体积占地球总体积的83%,质量占整个地球的66%。
地幔再往里就是地核(core),它的半径约3500公里。地核可分为“外地核”和“内地核”两层。处在地表以下2900-4980公里的部分叫外地核,是液体状态。4980-5120公里深处,是一个过渡带,从5120公里直到地心则为内地核,是固体状态。地核的成分主要是铁,另外还有一些镍和碳的元素。内地核的半径约1300公里,因为地核离开地面太深,很少有“讯息”传来,所以我们至今对它了解得很少。那么,我们是怎样知道地核成分是铁呢?我们通过对地震波的研究,可以估算出地核物质的平均密度大约为每立方厘米10.7克。人们通过计算,大概知道地核处的压力在每平方厘米1550吨~3880吨之间,温度在5000度左右。在如此高温高压下,有什么样的物质可以使它的密度达到10.7克/立方厘米呢?而这种物质又必须是一种比较普遍存在的,至少要占整个地球质量的三分之一。这样,人们就会自然考虑到宇宙中最为普遍的重元素,密度为7.86克/立方厘米的铁。它在地心高温高压下的密度值会达到10.7克/立方厘米左右。这是从地球本身的特点分析而得出的结论。
此外,人们还从落到地球上的大量陨石的物质组成加以合理的推论。一般说,陨石有两种,一种是硅酸盐类组成的石质陨石;另一种是含90%的铁与9%的镍和1%的其他元素组成的铁陨石。科学家们已基本弄清楚,陨石是一颗碎裂的行星的残屑;铁质陨石就是这颗行星的内核碎屑。这不能不使人想到地核的内核也是以铁为主的铁镍核心。
对于地心有哪些假说?
地核分为外地核、过渡层和内地核三个层次。外地核的厚度为1742千米,平均密度约10.5克/厘米,物质呈液态。过渡层的厚度只有515千米,物质处于由液态向固态过渡状态。内地核厚度1216千米,平均密度增至12.9克/厘米,主要成分是以铁、镍为主的重金属,所以又称铁镍核。
地球核心离我们脚下二千九百公里,由非常热的铁溶岩组成,科学家认为地球进化过程,较重的铁溶岩慢慢地往地球核心下沉并硬化成的铁固体地球核心内层,直径约二千四百公里,温度高达华氏七千度以上,并被充满高温溶岩的外层包围,这就是地球核心,运动时产生了地球磁场。
人们还知道,地下的温度会随着深度的增加而增高,据研究发现每往地下加深100米,地温就会增加3T。尽管到了15公里以下的增温速度会减慢,但是到了6300公里的地心,地温依然可以高达3000℃以上。不但地下的温度特别高,而且压力还特别大。有人估计如果以地面大气压做标准,地心的压力要达到300万个大气压以上。尽管这些数据都是科学家们的推测,并不一定准确,但是地下的高温高压似乎已经是铁定了的事实。
那么让人感觉神秘的地球内部都是由什么元素组成的呢。目前,我们在地球上已经发现的元素有一百多种。但是这些元素在地球里所占的比例并不是平均存在的。元素多少的比例似乎有着天壤之别。以我们比较接近的地壳为例,氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢等元素就占去了地壳元素的99%以上。其余的各类元素只不过占1%以下。在众多的元素里,氧的含量最多,几乎占了地壳元素总量的一半。其次是硅,占地壳元素的四分之一。再次是铝,占地壳元素的十三分之一。只是这三种元素的所占的含量就占去了地壳元素总量的80%以上。
知道了地壳以上的秘密,人们又开始对探索地壳以下都有些什么东西跃跃欲试了。是不是与地壳的元素分配完全相同呢。尽管我们知道自己对地下的物质组成知之甚少,但是还有人对地幔层做出了估量,估计地幔中氧和硅的含量会比地壳少,而铁与镁的成分会有所增加。而在地核部分,大概铁和镍的含量也会有明显的增加,因此还有人把地核叫做“铁镍核心”。但是到目前为止,所有的推测都没有得到进一步的证实,只能以假说的形式存在。
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