自然科普:科學(xué)家怎么知道地球里有地核和地幔?
來源:央視科教
發(fā)布時間:2022-06-01
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地球內(nèi)部最核心的部分叫做地核,地核中分為固態(tài)的內(nèi)核與液態(tài)外核;而地核外面包裹著地幔,地幔再往上是地殼,我們?nèi)祟惥蜕钤诘貧ど?。這在今天基本是一個科學(xué)常識。

地球的半徑厚度為6300多千米,相對于地球來說,地殼很薄,厚度大概是5到70千米。但是要知道,截至目前,人類鉆探的最深處,例如一些油氣勘探的鉆井,也就是14千米左右,而且并沒有鉆透地殼。而人類親身到達的地殼最深處,是南非的姆波尼格金礦,大約只有4300多米。

既然人類從來沒有能夠深入到地球核心,甚至連鉆透地殼都做不到,那么我們是怎么知道地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的呢?

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這個問題曾經(jīng)困擾了人們很久,最開始有人認(rèn)為地球是空心的,例如發(fā)現(xiàn)了哈雷彗星的著名科學(xué)家哈雷,他就認(rèn)為地球是一個有著三個殼的星球,其中最外的一個殼深500英里,每個殼都是同心的,而且它們彼此之間都由大氣層隔開,每一層殼都以不同的速度旋轉(zhuǎn)。大數(shù)學(xué)家歐拉則認(rèn)為地球內(nèi)部沒有多個殼,而是有一個直徑600英里的小太陽,來為地內(nèi)文明照明。

但是猜想歸猜想,沒有人能給出有關(guān)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的科學(xué)證據(jù)。就在人們還在為地球空心說的話題熱烈討論的時候,著名的氣象學(xué)家、地震學(xué)家莫霍洛維奇卻通過對“地震波”的研究,間接地發(fā)現(xiàn)了地下的秘密。

地震波在不同介質(zhì)中有不同的傳播速度,它和光波傳播一樣,在經(jīng)過不同介質(zhì)時,會發(fā)生折射和反射,這樣的介質(zhì)界面,被稱為“波速不連續(xù)面”。簡單來說,在經(jīng)過不同的波速不連續(xù)面時,地震波的速度會有所不同。而科學(xué)家可以通過儀器記錄到地震波,當(dāng)?shù)卣鸩ń?jīng)過波速較快的介質(zhì)時,它被地震儀所記錄到的時間也比較早;反之,它被記錄的時間就比較晚。由此,我們可以根據(jù)這種時間上的不同,來反推地下介質(zhì)的結(jié)構(gòu)。

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1911年,莫霍洛維奇任職的薩格勒布?xì)庀笥^測臺記錄到巴爾干半島庫勒巴山谷的一次破壞性地震,他注意到某些地震波到達觀測站的時間比預(yù)計得要早,經(jīng)過研究他發(fā)現(xiàn),地震波在傳播到地下50千米左右時,時速發(fā)生了明顯的變化,縱波的速度,從每秒7.0千米左右突然增加到了每秒8.1千米左右,橫波的速度從每秒4.2千米突然增加到了每秒4.4千米。于是莫霍洛維奇就認(rèn)為,在地球內(nèi)部50千米處,存在一個間斷面。

到目前為止,我們通過地震波識別出了地球內(nèi)部存在兩個主要的一級波速不連續(xù)面,它們分別是莫霍洛維奇界面(簡稱:莫霍面)和古登堡界面,在莫霍面以上的部分,我們稱之為地殼,古登堡面和莫霍面之間,稱為地幔,古登堡面到地心之間被稱為地核。

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而空心論為什么大概率是錯誤的呢?因為地震波在空氣中基本上是沒有速度的,但是,截止到目前,科學(xué)家們還沒有發(fā)現(xiàn)地下存在大面積的、地震波速度極低的空間,而且由于地下的高溫高壓環(huán)境,也很難找到一種物質(zhì),能夠在地下支撐起一個巨大的空洞,《地心游記》一類的地心探險故事只能存在于科幻小說里了。

要知道,地心的溫度有6000多攝氏度,而壓力能夠達到36萬兆帕斯卡,人類根本沒辦法在這樣的條件下生存,所以對目前的人類來說,入地比上天難多了。



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