踏上地球核心的探索之旅

作者: Chris Baraniuk

来源: BBC

发布日期: 2015-09-10

本文探讨了人类对地球核心的探索历程,介绍了地球核心的构成、温度及其对地球磁场的影响。文章详细说明了地核主要是由铁组成,温度高达6000摄氏度,且地核的液态铁运动产生了保护地球的磁场。

人类的足迹已经遍布了整个地球。我们征服了陆地、在空中翱翔、潜入最深的海沟,甚至已经登上了月球。然而,我们却从未能深入地球最核心的部位。地球的中心点位于地下6000公里深处,即使最外层的地核部分与我们也有近3000公里的距离。目前人类钻探的最深孔洞是位于俄罗斯的科拉超深钻孔,但它也只深入地下12.3公里而已。地球上所有的熟悉事件都发生在接近地表的区域。

而在地下仅仅数百公里的地方,火山口喷出的岩浆便开始熔化。即使是需要在极端高温和高压条件下才能形成的钻石,其生成之处也只在地表以下不到500公里。这一深度以下的地球内部仍是一片未知领域。然而,我们对地核的情况还是有相当深入的了解,甚至对它在过去数十亿年间的演化进程也略知一二。对于事情的宏观计划,这些都无足轻重。我们可以通过观察地球对地表的物体的引力来估算地球质量。

经计算,地球的质量为59万亿亿吨,也就是59后面再加20个0。单从表面来看,地球的质量不会有这么大。地球表面物质的密度远低于整个地球的平均密度,这就提醒我们一定存在一些密度更高的物质。本质上,地球质量的绝大部分必定存在于靠近地核的区域。接下来是要弄清楚地核究竟是由怎样的高密度物质组成的。这一问题的答案是:几乎可以确定地核主要是由铁组成的。

人们认为地核中大约80%的成分是铁,尽管精确的数值仍有待确定。支持这一结论的主要证据是:铁大量存在于我们周围的宇宙中。它是银河系中最常见的十大元素之一,同时也普遍存在于陨石之中。地球内部有一个熔融状态的外核,它外表层大约在地球半径的一半深度处。在其内部,还有一个直径约1220公里的固态内核。但除此以外,还有很多工作需要尝试和梳理,尤其是关于内核这一部分。首先就是,它的温度有多高?

在正常条件下,铁的熔点是1538摄氏度。英国伦敦大学学院的李敦卡·沃卡德罗表示,这个问题的相当棘手,它困扰了科学家许久,直到最近才有所进展。我们不可能把温度计放在地核中,所以唯一的解决办法是在实验室中模拟同等的压溃压力。2013年,一个法国研究团队创建出了迄今为止最好的模拟条件。他们将纯铁置于压力略超过地核压力一半的环境中,由此推测地核的温度。

他们得出的结论是:在地核温度下,纯铁的熔点约为6230摄氏度。其他物质的存在导致熔点会有所下降,大约为6000摄氏度,但却仍旧非常炎热,与太阳表面的温度相当。虽然有点像烤焦的马铃薯,但多亏了地球形成过程中保留的热量,地核才一直保持温热。关于地核,仍然有大量的谜题尚未解决。但是无需挖掘到不可企及的深邃之地,科学家们已经就已然了解了大量有关地下事物的信息。

地球深处那些隐秘的演变过程对我们的日常生活至关重要,而我们中的很多人却并未意识到这一点。地球拥有一个强大的磁场,这要归功于地球拥有液态的外核。液态铁的持续运动在地球内部创造了电流,从而衍生出一个延伸至太空的磁场。而这个磁场又保护我们不受太阳辐射的伤害。如果地核的构成和状态不像现在这样,那么就不会存在地磁场,而我们也将面临各种生存危机。没有人能够见到地核,但是只要它在那儿,我们便很安心。

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