我们生活在地球,那么地球的内部是如何运作的?
一般直接观测只能探测地球表面,很难发现地球内部结构。与地球的大小相比,人类在地球表面挖掘出的最深处,与整个苹果相比,就像是苹果皮一样。地球是太阳系八大行星之一,在离太阳由近到远的顺序中排名第三。它有一颗天然卫星,月球,形成一个天体系统,地月系统。作为一颗行星,地球起源于46亿年前的原始太阳星云。地球是包括人类在内的数百万生物的家园,是目前已知宇宙中唯一存在生命的天体。地球赤道半径6378.137公里,极半径6356.752公里,平均半径约6371公里,赤道周长约40076公里。地球的71%是海洋,29%是陆地,所以地球在太空中看起来是蓝色的。
地球是迄今为止发现的行星中唯一适合人类生存的行星。首先要理解质量、压强、重力的概念。我们面前是一块土壤,它的大小为1立方米,是地球表面的一个组成部分。这块土底部的质量大约是3吨,下面1立方米土的质量和它一样,所以这块土底部的质量大约是两个3吨。深度越大,压力越大。对于地球内部来说,每一平方米都承受着一平方米柱体从表面到底部的全部压力。在地球表面以下几厘米处,压力将以吨为单位测量,在1公里深处达到约2500吨,在100公里深处达到约250000吨,一直到地球中心。由于巨大的压力,地球中心的物质处于高度压缩状态,密度非常高。
地球表面的密度只有水的二三倍,但平均密度是水的5.52倍左右。随着深度的增加,地下矿井的温度也在上升。由于地域和纬度的限制,增长速度不同。平均增长率为深度30米,温度1摄氏度。如果根据情况再进一步,地心会是什么样子?在这个问题上,我们不能表面上推测。地球的外部在很久以前就已经降温了,所以地球的温度在下降的前期不会上升太多。自从地球诞生以来,所有的热量都被保存了下来,这说明地球中心的温度一定很高。地表附近的温度上升速度适用于地球内部几公里的深度。根据增加速率的估计,地球20多公里深的地方充满了热物质,200多公里深的热量融化了构成地壳的物质。
早期的地质学家推测地球是一种巨大的熔化物质,就像一块熔化的铁块。最外层是几公里的冷壳,我们就生活在这个厚壳上。火山的存在和地震的爆发证实了这个推断的正确性。然而,19世纪20年代天文学家和物理学家收集的一些新证据表明,地球从内到外都是由固体物质组成的,比同样大小的钢还要坚硬。开尔文爵士首先提出了这个理论。他认为,如果地球外壳中有液体,月球的作用不会引发海洋潮汐,而是将地球拉近月球,外壳与内部液体的相对位置不会改变。地球表面的纬度变化也是一种奇怪的现象,我们后面会说。
地球的这种自转不是内部柔软的球体或者硬度比钢小的球体可以达到的。地球公转是指地球围绕太阳在一定的轨道上自转。就像地球的自转有其独特的规律一样,太阳的引力场和自转导致地球自转。地球的公转也有自己的规律。地球公转的这些规律包括地球的轨道,地球的轨道平面,黄红相交的角度,地球公转的周期和速度,地球公转的效果。那么,如何解释固体物质和不可思议的高温呢?我们或许可以理解,地球内部的物质,由于巨大的压力,可以保持固态。实验表明,强压力可以提高物质的熔点,压力越高,熔点越高。
当岩石达到熔点时如果用力挤压,它会回复到固态。所以,只要温度升高,压力增大,固体物质就可以存在于地球中心。当然,也可以用一些实用的方法来获取证据,比如在地球表面放置一个震源(比如炸弹),通过接收地下回波来确定地球内部结构。根据地震技术获得的数据可以发现,地核和地壳确实是固体物质,而中间的外核和地幔层是液体物质。地核的主要成分是铁,其余可能是较轻的物质。地核中心的温度约为7200,高于太阳表面的温度。上地幔层主要由橄榄石、辉石、钙、铝等物质组成;下地幔层的主要成分是硅、镁、氧、铁、钙、铝等物质;地壳主要由应时和长石状硅酸盐组成。