剛果民主共和國尼拉貢戈火山的熔岩湖。
人們可以想象有一天,人類將自由地前往我們鄰近的行星,並使用強大的望遠鏡來了解附近的恆星。
總有一天,我們一定會探索海洋的每一寸深處,以及所有最難穿越的森林。
但我們可能永遠也不會去地心。
最堅硬的鑽頭只鑽進12公里深,這只是地球半徑的0.2%,然後就會遇到如此高的熱量,以至於它們會融化。
很有可能,我們星球內部的極端溫度和壓力使其永遠遙不可及。
也許部分是因為這個原因,地球內部總是讓我們著迷。
它在許多傳統宗教和宇宙觀中扮演著中心角色。
以下是人類對我們腳下火熱世界不斷演變的理解的時間順序。
地獄之坑。
多梅尼科·迪·米其利諾1465年創作的但丁神曲壁畫中的一個細節,展示了罪人墮入地獄的深淵。
也許最廣為流傳的關於地心的傳統觀點把它描繪成一個火湖,壞人在那裡永生:是的,地獄。
撇開與來世的聯絡不談,從本質上講,地獄是一個火坑,這幅圖有點準確。
也許這麼多宗教和宇宙學都是正確的也就不足為奇了:火山噴發偶爾會給古代文化帶來可怕的地獄之火的一瞥。
事實上,硫磺就像“火與硫磺”一樣,基督教聖經中經常出現的地獄隱喻是一種通常在火山邊緣發現的岩石。
世界烏龜。
這個世界是由站在烏龜上的大象支撐的。
許多東亞和美洲原住民文化並不把地球內部描繪成地獄般的地方。
相反,他們想象了一隻巨大的海龜。
它被稱為“世界烏龜”,它支撐著地球,通常被認為是扁平的,或者說是圓頂狀的,而不是背上的球形。
這個神話有幾種變體:印度教徒用一頭大象取代了烏龜,而一些歷史學家可能將這兩種描述混為一談,描述了一種宇宙學,即世界躺在站在烏龜上的大象的背上。
為什麼是烏龜?
一篇關於特拉華州印第安人世界烏龜神話的論文中指出,不僅這種生物的背部是一個適當的彎曲形狀,而且特拉華州人認為烏龜體現了堅韌不拔、長壽和堅定的特徵。
更重要的是,他們認為時間和海龜一樣不斷地從東方移動到西方。
那麼烏龜下面是什麼呢?
大多數神話都沒有具體說明。
在“時間簡史”一書中,物理學家斯蒂芬·霍金講述了一個著名的軼事:一位世界海龜宇宙學的支持者遇到了這個問題。
她回答說,這隻烏龜站在另一隻烏龜的背上,這隻烏龜又站在另一隻烏龜身上,而且“烏龜一直往下走”。
黃金地芯。
一些地質學家認為,地核中有1.6萬億噸黃金。
現供職於英國牛津大學的地質學家伯納德·伍德計算出,地核中有1.6萬億噸黃金,或者說足以在地球表面覆蓋一層1.5英尺厚的層。
他認為,另一種貴金屬鉑金的含量也是這個數字的6倍,還有鎳、鈮和其他元素。
伍德在分析了隕石的金屬含量後形成了這一假說。隕石類似於太陽系誕生時撞在一起形成地球的“小行星”。
他發現這些隕石中分佈著比地球表面多得多的金、鉑和其他物質,並推斷地核中的鐵一定是在行星形成期間將這些元素向內吸引的。
上圖誇大了事實:儘管按照地球表面的標準,1.6萬億噸是一個巨大的數量,但金原子仍然只佔核心原子總數的百萬分之一。
隕石,以及地球的質量和密度(從它如何擾動月球和其他行星的軌道得出),讓科學家們相信,地核的大部分是鐵和鎳。
洋蔥層。
1994年1月17日,加利福尼亞州北嶺附近發生6.9級地震後,世界各地測量到的地震波。
地震產生的地震波的路徑,包括橫波(S波)和縱波(P波),幫助地質學家繪製出地球內部的地圖。
地殼的隆隆聲低語著下面隱藏的秘密。
當地震發生時,它發出的地震波在地球上反彈,重新定向並反射出地殼、地幔、外核和核心之間的邊界,然後被記錄在世界各地的地震圖上。
科學家們回溯震波的腳步,繪製出地球內部的地圖。
那麼下面的地形是怎樣的呢?
在正中央,有一個由鐵和鎳組成的實心球。
雖然據信地球中心的溫度約為5500攝氏度,與太陽表面的溫度大致相當,但它也有極高的氣壓,是地球表面大氣壓力的300多萬倍。
這種壓力提高了金屬的熔化溫度,因此儘管核心有很高的熱量,它們仍然是固態的。
在距離中心約1216公里處,壓力下降到足以讓鐵和鎳熔化的程度。
加州理工大學的地質學家、地核方面的領先專家大衛·史蒂文森表示,這個外層液體層約佔地核總體積的95%。
地幔開始於距離中心約3500公里的地方。
這些熔岩構成了地球最厚的一層,約佔地球總體積的84%。
我們家的地幔上覆蓋著一層薄薄的外殼。
水晶球。
左邊的球是以面心立方(FCC)排列的,而右邊的晶體結構是六邊形緊密堆積(HCP)。
這些被認為是地核中金屬的兩種晶體結構。
有證據表明,核心並不是同質的塊體。
科學家們已經注意到,地震波從一極傳播到另一極比從赤道上的一點橫向傳播到相反的點時穿過核心的速度更快。
這意味著核心在一個方向上與另一個方向上具有不同的“各向異性”結構。
大多數專家認為這一定是因為它是由與地球磁極對準的各向異性晶體組成的。
地球物理學家羅納德·科恩發現,波在水平和垂直方向上穿透核心的時間差,與核心中的鐵和鎳原子排列成兩種晶體的預期時差相符。
一些鐵鎳晶體可能以六方密排(HCP)結構排列,而另一些鐵鎳晶體可能以面心立方結構排列。
簡而言之,核心中有兩種型別的晶體;每種晶體中的原子堆疊在一起,就像上面兩張圖片中的球一樣。
根據科恩的說法,這些晶體很可能是在地核的最中心,也就是壓力最高的地方彼此相對,“就像在岩石中”。
在更遠的地方,“它們之間可能有一些液體。”
水晶森林
日本地質學家廣羅斯的實驗表明,核心可能是一片10公里高的鐵晶體森林。
日本地質學家Kei Hirose進行了一項實驗,他在實驗室中以極小的規模複製了地球中心的條件。
他使用一臺鑽石尖端的老虎鉗,一種類似鉗子的工具,將一塊鐵鎳合金加熱到4500攝氏度,大氣壓的300萬倍。
根據樣品在這些類似核心的條件下發生的變化,他推斷,地球中心的晶體可能每個都有10公里高,指向兩極之間。