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  • 1 # 林夕1591658

    我們知道地殼的密度為2.8 克/立方厘米,而整個地球的平均密度為5.5 克/立方厘米,因此我們馬上就能推測出地球一定有一部分的密度高於5.5 克/立方厘米。 對於這個問題我們有多種想法,但有一點我們是很清楚的,即這僅僅是我們的推斷。

    在實驗室裡測試一個普通尺寸的球體,其所受的萬有引力小到可以忽略不計。但對於地球來說,其巨大的引力作用則可以將地球上的一切物質牢牢吸住。如果我們假設地球全部是由岩石組成的,那麼地層深處一定會被外層的重量壓碎。這種強大的力量能壓縮地球內部並將所有的質量全都集中到一個很小的容積當中,所以較深地層的密度自然比外層密度要大。

    這個問題好像就這樣迎刃而解了。 但事實並非如此。人們曾經試圖在岩石上加足夠大的壓力,然後透過測出所加的壓力的數值計算出岩石內部密度增加的數值。但人們最終發現,地球外部所有地層重量不可能把地球內部壓縮到平均為5.5 克/立方厘米大小的密度。 因此我們只能得出這樣的結論:地球不全是由堅硬的岩石構成的。

    地球深處一定存在密度比岩石密度高得多的物質。那麼這些物質是什麼?我們怎樣才能想辦法去了解它們呢?迄今為止,我們所鑽到的最深的油井有9.6 公里深,而這個值僅是地球直徑的1/670。 難道人類真的沒有辦法對地心有所瞭解嗎?實際並不是這樣的。地震使地球表面遭到嚴重的破壞,人們透過對地震的觀測偶然發現,由於各種形式的波從地心傳出,從而使地球表面產生劇烈的晃動。其中有一種波的傳播方式類似於池塘中漣漪的水紋,另一種波類似於聲波在空氣中的傳播方式。實際上,在地震過程中,與聲波具有相同性質的波被稱為“初波”或“P 波”;另一種與在水中傳播方式性質相同的波我們稱之為“次波”或“S 波”。 這些波從最源頭產生,經過相當長的傳播距離,穿過地球內部並最終作用在地球表面上。

    1855 年義大利物理學家路支·派勒米瑞發明了第一臺研究這些波的簡易儀器——地震儀。在以後的幾年中,地震儀迅速得到了改進。到了19 世紀90 年代,英國工程師約翰·米爾恩在世界各地安裝了一系列的地震儀。如今已有500 多個精確的地震儀分佈在世界各地。 透過地震儀,我們能知道地震波在何時何地出現。科學家們能指出地震波穿過地球內部結構的路徑。如果地球各處物質的特性相同,則這些波將以固定的速度沿直線傳播。然而,由於地球的密度隨深度的增加而增加,部分割槽域由於受擠壓而壓縮,波的傳播路徑呈現出曲線。從這些曲線的特徵來看,科學家們就能得出地球內不同深度區密度的數值。如果同一深度的曲線走向發生急劇轉向,則說明這一地層不是由於被擠壓,而是由於密度的突然改變導致該地層的化學結構發生了變化。

    透過對地震波的分析研究,我們把地球結構劃分為三部分。最外面的地層叫“地殼”,是由我們所熟悉的岩石組成的。而大約在地下32 公里處(平均來講)地層結構發生了明顯變化。這個變化首先被克羅埃西亞地理學家安卓亞·莫霍間於1909 年時探測到了。所以被稱為“莫霍間斷層”或簡稱“莫霍斷層”。地殼下面是“地幔”,這部分也是由岩石組成的。一方面是由於“地幔”岩石被壓擠,另一方面是由於“地幔”的組成物質本身的密度較大,所以“地幔”層岩石的密度比“地殼”層岩石的密度要大。但“地幔”密度的增大並不足以成為解釋整個地球密度高的原因。

    1914 年,德國地理學家本諾·古騰堡第一次證明了在地下2900 公里的深處,地震波再一次發生明顯的轉向這一事實。地心的密度完全可以用來解釋地球密度高的現象。由於注意到“P 波”能透過地心而“S 波”不具備這一能力,所以科學家們推斷出了地心的結構。由於“S 波”不能透過液體傳播,而“P 波”能透過液體傳播,所以這恰恰說明了地心是由液體組成的(地球的“地殼”、“地幔”、“地心”之間的關係與雞蛋中“蛋殼”、“蛋清”、“蛋黃”的關係是一樣的,而且僅在一些點上是相同的)。 那麼下一個要解決的問題就是要確定地心是由什麼物質組成的。因為地心一定是由密度比岩石大而熔點比岩石低的物質組成的。所以通常會認為地心是由不同的金屬組成的。

    因此,我們可設想地球有一個由液體金屬構成的地心。那麼到底是哪種金屬呢? 實際上,在地震資料能夠對地球內部結構很好地作出解釋之前就已經給出了一個可能性的答案。偶爾會有隕石墜落在地球表面上(我將在後面部分進行詳細說明),它們的主要成分是由岩石構成的,而且通常含有10%左右的金屬物質。隕石中一般含有鐵並總會伴有相關金屬鎳,它們含量比例為9∶1。

    法國地理學家蓋布瑞德·奧古斯都·道布瑞早在1886 年就提出這樣一個設想,即地心是由鎳鐵混合物組成的。這種結論看來很有道理,所以現在科學家們假定地心是由90%的鐵和10%的鎳組成的。然而關於地心的組成成分還存在著意見分歧,其中有一種理論認為地心是由氧或硫化物或者是它們的混合物組成的。所以,“地心到底是由什麼物質組成的”,這還是一個有待於我們進一步研究和探討的課題。

  • 2 # 科普新視界

    首先概要回答:地心全是鐵!

    如果看過凡爾納的科幻小說或那部3d電影《地心歷險記》,一定會被電影裡所拍攝的地心場景所吸引,一個空心的地心,形成了另外一個世界,裡面有奇異的動植物,瀑布,海洋,稀奇的礦物……,很遺憾的告訴你,那些都是假的。

    從目前的科學研究結果來看,地心是由液體、固體和高壓固體組成的三種狀態的鐵。

    一、研究方法

    地球的平均密度為5515kg/m3,而地表物質的平均密度約為3000kg/m3,因此可以推測地心的密度要高於5515kg/m3。

    目前,對地球結構的研究是採用地震波傳導研究,根據測量地震波在不同狀態物質(比如固態和液態)裡的反射和傳導,推測出不同結構的特徵。

    二、地心分層

    根據最新的地震學測量顯示,地核可分為外核、核心,其中外核是液體鐵,核心是固體鐵。不過根據2015年一篇報道,地心可以被分為三層,在固體鐵的裡面,還存在另外一種固體結構鐵。這個結論已經推翻了原來分為兩層的說法。至於後來還分不分,我也不知道。

    地心的總半徑應該3,400km左右,最外層應該是鐵水(液態鐵),應該還有一些雜質,比如鎳和氫,鐵水裡面應該是鐵塊,也就是固態鐵。最內心,應該是鐵的一種高壓下的同素異構體,猶如金剛石和石墨,金剛石就是石墨高壓下轉變的固體。

    三、爭議

    由於地球這玩意太大了,因此對於地球的研究基本上還是以蒙結合自圓其說為主,爭議肯定是少不了的。

    比如,還有一種說法認為地心全部是熔融的鐵水,理由是地球尚處於行星大爆炸後的凝固階段,冷卻過程肯定是從外到內的凝固,因此,外表凝固的地球,內心還是火熱的。另外的證據表明,核心的旋轉要比地表外殼旋轉快一些,因此內外肯定是分為固液兩層的。但對於地震波區分出的核心和外核,可以解釋為是發生在兩種液體之間的反射。

    實不相瞞,我個人是比較認同這種核心全部是液態猜想的。
  • 3 # 清明的星空

    對於未知的世界的探索,除了仰望星空的宇宙,多姿多彩的高山海洋,還有讓我們堅實大地下那神秘的地球內部世界。

    雖然地球內部結構就在我們腳下,地球那6000多公里的半徑相對於動輒億萬千米千百光年的天文距離來說實在是微不足道,但實際上人類對於地球內部的瞭解還十分有限,因為探索地球內部我們能用的方法實在不多。

    要了解地球內部結構,按照人類第一印象,就是直接打井鑽孔,使勁挖。但是到目前為止人類鑽得最深的鑽孔是在前蘇聯的科拉半島上,那口深達12262米的科拉鑽井,看著很深,但是這世界上最深的鑽孔也僅為地球半徑的1/500,連地球的表皮都算不上鑽透。

    但這並不妨礙人類繼續探索,18世紀,人們計算出地球的平均密度後發現,地球表面岩石平均密度為2.67克/立方厘米,整個地球的平均密度約為5.5克/立方厘米,按照這個結論就能推測出地球內部一定存在著比較重的物質。

    地下我們很難進去,但地下也有一些物質會自己出來,比如火山爆發時噴出的熔岩,透過對火山熔岩的研究我們可以得到一點有關地球內部溫度、壓力和物質的資訊。但這對於研究地球內部構造來說是遠遠不夠的。

    直到近代地震儀的出現,算是找到了研究地球內部結構一個有力工具。我們可以把穿透地球的地震波比作X光,地震儀就象透視儀。到目前為止,幾乎所有關於地球內部結構的的探索,幾乎都是來自對地震波的研究。地震波在地球內部傳播時,可以分為縱波與橫波,橫波只能在固態傳播,而橫波在固氣液都可以傳播。而地震波的傳播速度與地球內部物質的密度和性質是密切相關的。在不同性質和狀態的介質中,地震波傳播速度有顯著變化。

    科學家首先是發現了地亮底部的反射地震波,這樣就確定地殼的平均厚度約為33公里。後來又發現地震波速度在2900公里的深度突然降低,顯示出地球內部結構有了巨大變化,可能是地慢與地核的交界處。因為地震波的橫波在這裡消失,所以推測地核外層可能是波態鐵。於是我們就可以把地球內部結構分成地殼、地幔和地核(外核、核心)。把位於地表下平均約三十多公里處的第一個間斷面稱莫霍洛維奇間斷面(簡稱莫霍面或M介面),地表下約2,900公里處的第二個間斷面稱為谷登堡-維舍特間斷面。從谷登堡-維舍特間斷面到地心就是地核。

    那麼接下來要解決的問題就是確定地心是由什麼物質組成的。目前只能確定地核是由密度比岩石大而熔點比岩石低的物質組成的。按照這個結論一些科學家認為地心是由不同的金屬組成的。因此,我們可設想地球有一個由液態金屬構成的地心。那麼到底是哪種金屬呢?

    直接探測現在的技術還達不到,但我們可以從一些“天外來客”中尋找一些答案,就是落到地面上的隕石,地球和一些太陽系天體的演化還是有一些相似性的,在對一些隕石研究分析後,發現它們的主要成分是由岩石構成的,而且通常含有10%左右的金屬物質。而隕石中一般含有鐵並總會伴有相關金屬鎳,它們含量比例一般為9∶1。而早在1886年法國地理學家蓋布瑞德·奧古斯都·道布瑞就提出這樣一個設想,即地心是由鎳鐵混合物組成的。這麼看來這個結論還是有些道理的,所以現在科學家們對地核的成分假定是由90%的鐵與10%的鎳組成的。當然這不是最終的結論,因為還沒有足夠的直接的證據去證明,所以關於地心的組成成分一直存在著意見分歧。也有一種理論認為地心是由氧化物或硫化物或者是它們的混合物組成的。所以,“關於地心是什麼樣的,由什麼物質組成的”問題,還是一個有待於人類更進一步研究和探討的課題。

  • 4 # 震長

    地心,正式一點的說法應該叫地核,地核是什麼樣的,任何人都沒有見到過,也沒有機會見到,但透過地震波的研究使得我們對地核有些瞭解。

    科學家們根據地震波傳播速度的變化情況,發現地核也有分層,我們稱之為外核和核心。根據地震波傳播,地球核心是固態的,但外核是由熔融態或近於液態的物質組成。

    現在能確定的是,地核由固體金屬構成,包括一個大小與月球相當的直徑為2400公里的固態核心,和直徑為7000公里的液態外核,地核主要由鐵、鎳元素組成。

    地核的特點就是三高,即高溫、高壓和高密度。地球內部越往裡,溫度越高,根據估算,地核區域的高溫高達4000到6000度,這裡的物質也是密度大的很,平均密度為每立方厘米10克以上。

    另外,著名華人科學家宋曉東透過長期潛心觀察研究,發現地球核心是自轉的,該成果1996年被《科學》雜誌評為年度全球十大科技成就。

  • 5 # 草原獨狼

    地心也就是地核,主要由鐵和鎳組成,分為外核和核心兩部分。外地核是流動的金屬海洋,旋轉產生地球磁場,遮蔽太陽噴射的有害射線輻射。內地核是一個巨大的金屬球,壓力是大氣層壓力的400 萬倍,可以把堅硬的金剛石壓成黃油一樣軟。地心引力向各個方向拉伸,最終變成零重力。

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