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[阿什卡咖啡馆] 冥古宙,地狱还是天堂?

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发表于 2018-1-8 14:15:17 | 显示全部楼层 |阅读模式
品质源于技术 服务源于态度
这是阿什卡微信公众号的第467篇原创文章
首发于2018年1月7日




如果在宇宙里找一样最奇怪的东西,那就是人类。

人类信仰、文化、认知千差万别,却不约而同地对天空充满憧憬。相信在那里,有一个更美好的所在,那就是天堂(中国人叫天宫)

1968年,阿波罗8号绕月旅行时,博尔曼在10亿人面前玩起了直播,他的关键词是“广袤”、“寂寥”、“望而却步”。后来,宇航员们看见一颗蓝色星球冉冉升起,那就是地球。

宇航员们被她的美丽所震撼,也被她的温柔所感动。

真的上了天,人类才发现,所谓天堂,其实一直在我们脚下。

而天上,随处可见地狱般的存在。

不过,如果穿越到44.5亿年前,他们看到的不会是那个天堂般的家园,而是比月球更令人望而生畏的炼狱。

那是一粒灰不溜秋、红不拉几的球。你看到的颜色,是外层气体的颜色。

在翻滚的脏云中,会闪出一些光,亮白的是闪电,亮黄、亮红的是岩浆。

是的,那时的地球,岩浆翻滚,污霾蔽日。

那是因为,刚刚形成的地球炽热暴烈:放射性元素释放的热量是如今的5倍,可以说是一个超大的核反应堆;物质刚被压缩成地球的热量尚未散尽;小行星乱飞乱撞,巨大的动能转化为热能…

这里,是地球的冥古宙。整个地球处于熔融状态,十分活泼不可爱。

元素在火乳交融中,慢慢分层。分层规则很简单:重的向下,轻的向上。

所以,偏重的铁和镍沉向中心,形成一个以铁为主的地核;轻一些的硅酸盐围绕地核,形成了地幔;更轻的硅酸盐就浮在最上面,后来冷却,成了地壳。

啥叫硅酸盐呢?硅、氧这俩坏小子,喜欢乱撩铝、铁、钙、镁、钾、钠等各种姑娘,这些姑娘与硅和氧的化合物,统称某女郎,哦不,硅酸盐。

这个分层的过程相当长。有多长呢?18厘米?不,几十亿年。到现在也还在继续。因为,地球是活的,内部不停地在流变。

如今,地球内部是这样的:

地核半径3480公里,分两层。

外核厚1742公里,含80%的铁,混杂着镍、硅、硫等。内核基本全是铁。

内核是固态。为啥最火最热,反而是固态呢?据分析,可能是身为核心,压力太大所致。

内外地核之间,有一个过渡带,大概厚400公里。

地幔厚2800公里,主要配料是非常粘稠的硅酸盐。有多粘稠呢?你用手指一捅,手指就没了。

这是由于高温,导致硅酸盐不能老老实实地保持像石头那样的固态,而温度又没高到让它完全熔化成液态。所以,就搞成了这样一个尴尬的存在。

地幔也分两层。包着地核的是下地幔,厚1920公里;外面裹着上地幔,厚950公里。

上地幔里,有一部分熔融物质,也就是岩浆。

最外面,就是我们最熟悉的地壳了,平均厚17公里。可以说相当薄了。

目前,人类用的矿物、材料、食物等所有资源,都取自这层薄薄的壳…的外层。

0400-表.JPG

整个地球的温度,是外冷内热,逐渐过渡。地核温度最高,外核4000—6100℃,内核6300—7000℃。

说到温度,顺便提一句:虽然万物颜色各异,但不管什么东西,温度高到可以发光时,它的颜色就由温度决定。

一些图片为了表示地核的高温,把它弄成亮红或者亮黄色,其实,这个颜色只是岩浆的温度,也就是700-1200℃的颜色。

所以,真实的地球剖面应该是这样的:

0401.jpg

说到这里,咱俩情不自禁产生了一个疑问:

人类目前最深的井只钻到12262米,还不太直,连地壳都没钻透,怎么能知道地幔、地壳的结构和配方呢?

那得从一场灾难说起。

1906年,美国旧金山大地震,里氏7.8级,死亡几千人。

在克罗地亚,有个气象学、地震学家,叫莫霍洛维奇。他听说这场灾难后,陷入了深深的思考:观测地震、利国利民。于是他建了一些地震台,用来测地震波

1909年,盼望已久的,对不起,避之不及的地震果然就在克罗地亚发生了。他拿到地震波数据,算来算去,发现:地震波在地下大概54公里处,速度突然猛增。这说明,地震波遇到一个边界,从岩石进入另一种物质。

等等,刚才不是说,地壳厚度17公里吗?54公里是什么鬼?

17公里是平均厚度。总的来讲,海洋比较薄,平均不到万米;大陆比较厚,平均大概40公里。高山、高原地区更厚,最高可达70千米。

莫霍洛维奇测的地方,就是54公里。地壳和地幔边界,是老莫代表人类首次发现的,所以这个边界就叫莫霍面

从此,人类知道了:地壳下面的东西不一样。但究竟有啥不一样?不知道。

不知道不要紧。知道自己不知道,也就离知道不远了。

莫霍面的发现,勾起了更多人的好奇心。装备控、数据控纷纷登场。

美国人伍德的地震仪风靡全球,地震监测蓬勃发展,后来竟然出现Transform这样的微地震监测技术,监测数据越来越可靠。

被希特勒搞得受不了,跑到美国的古登堡,沾了这些地震技术的光。他拿到全球的地震数据,发现一个规律:地震波在地球上有阴影带。不管是横波,还是纵波,都有自己的阴影带——也就是到不了的地方。

啥意思呢?如果地球的材质都一样,那么,地震波会随着距离的增加,而均匀地扩散、减小,但不会突然消失,或者突然变速、转向。

这很好理解,光也是一种波,手电筒射出光,会随距离增加而扩散、减弱;从空气射入水中,就会转向(偏折)、减速;遇到水里的一块冰,就会被反射、折射、投出一个阴影。

那么,地震波出现阴影,并且突然变速、转向,一定是遇到了不同的介质。

横波、纵波的传播方式不同,所以阴影出现的位置也不同。这样纵横结合,古登堡推算出了地球内部的样子:有个液态地核。

为啥能算出是液态呢?因为横波不能在液体里面传播,而纵波从地幔遇到液态界面,会被折射。

0402.jpg

地球不仅有个蛋壳,还有个蛋黄。简直太神奇了!

1936年,丹麦地球物理学家莱曼女士拿到更丰富的地震数据,算来算去,进一步证明了古登堡的推算:2900公里深处,地幔之下,确实是液态的核。所以地幔和地核的界面,就叫古登堡面。

事情还没完,细心的莱曼接着往下看,发现5000公里深处,纵波又加速了。

怎么回事?又遇到固体了呗。于是,人类知道,地球还有个固体的内核。那么,外面包的那个液态层,就叫外核。内外核的分界面,当然就叫莱曼面

地壳、地幔、外核、内核,简直不能更完美了。

且慢,事情还在继续。

1992—2012年间,全球宽频地震台阵积累起了一批丰富的数据。美国伊利诺伊大学、中国南京大学联手分析这些数据,发现内核里还有猫腻:地震波在内核中,又发生了突变。

2015年,两个大学的研究小组在《自然-地球科学》上发表论文:内核里,还有个小内内。

内内核也是固体。八成还是铁之类的金属。只是压力太大,晶体结构可能不一样。但究竟是什么样的晶体,?对不起,不知道。这么大压力,人类目前复制不出来。

好吧,地球分层,液体、固体、胶体…可以靠地震波搞定。那么,各层的成分是啥,又怎么搞得清呢?

地质学大神威尔逊说,别急,虽然我们连地壳都钻不进去,但地幔会自己跑出来的。

这么好的地幔,到哪里去找呢?

威尔逊说,在地幔中,有些长期固定的活动中心,向地壳外传递岩浆、热量,这些地方,叫热点(后来摩根解释,热点是地幔柱活动的结果)。热点在地球上并不难找。

比如,在浩瀚的太平洋中,夏威夷海岭、天皇海岭,其实是一串串火山链。那就是热点递变的结果。

想知道地幔的配方,去热点看看石头就OK了。大家跑过去一看,主要是橄榄石,还有斜方辉石。由前面说的那些元素合成。

好吧,地幔可以跑出来给我们看,那么,地核的成分,我们是怎么知道的?

咳咳,呃…其实是猜的。哎别扔鸡蛋呀,也不是瞎猜。

首先,我们可以利用地震数据,结合温度、压力等数据,计算地核的密度,推算出,地核的配方是铁、镍。

其次,根据陨石的成分,可以推测地球的元素丰度。陨石的综合含铁量很高,那么,地表、地幔没那么多铁,铁去哪了?根据钻探取芯、对地幔的分析可知,元素分布,与理论基本相符:重的在下,轻的在上。所以,老铁去当了核心。

地球的成分,基本变化不会太大了。但它的结构,每天都在变。因为,随着地球的降温,地核会越来越大,地壳会越来越厚。总有一天,它会变成一个冰冷的大石球。不过,这个速度是相当缓慢的。真的还想再活五百年的我们不用担心。

好像跑题了,我们聊回冥古宙。

冥古宙也不都是那么暴烈。因为,地球有水。

但是,水只有可以保持液态时,才能让星球变得温柔美丽。

而让水保持液态,温度和压强范围非常狭窄:1个大气压下的0—100℃。而在暴虐的宇宙,温度可以从-273℃到1000000000℃。保持0—100℃,只能是个奇迹。

地球在形成时,确实吸积了一些水。那些坠落在地球上的彗星、小行星等小天体,也带来了一些水。

然而,在地球的暴烈期,地表没有水的立锥之地。因为水怕烫。一烫,它就会变成气态。

那时,大气层主要是甲烷、硫化氢、二氧化碳等等,翻滚着厚重的尘霾。

所以,水只能在天空和脏霾混在一起飘呀飘。要么,被压在地下煎熬翻滚,等待机会喷涌而出,和脏霾混在一起飘呀飘。

飘在空中,温度下降,就会和脏霾一起结成水滴,落回地面,然后又被烫得跳回天空…

这场大雨,在整个地球下了几百万年,或许是上千万年。

这成百上千万年,天上阴霾密布,空中电闪雷鸣、酸雨滂沱,地面水火蒸腾。

终于,地表温度降到了100℃以下,水可以流成溪,淌成河,蓄成湖,汇成海。大海溶解了很多二氧化碳。

天空,渐渐变蓝。

45.7—40亿年前,漫长的冥古宙,在人们印象中,是一个暗黑风的存在。

但是,在44亿年前,地球就开始在水精灵的安抚下,慢慢逆袭成太阳系最美的星球。

然而,岁月静好,注定是一场梦。


地球故事目录:

相关科普:

-END-




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发表于 2018-1-16 08:57:37 | 显示全部楼层
很好的科普文章
 楼主| 发表于 2018-1-17 19:03:58 | 显示全部楼层
ILE 发表于 2018-1-16 08:57
很好的科普文章

谢谢
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