馮帆是一位酷愛登山的年輕人,但在一次登山中,由于自己的失誤,導致多名隊友失去生命,于是他放棄了登山,成為了一名海員。
在一個夜晚,一艘巨大的飛船往馮帆所在的船只飛來,飛船巨大的引力將海水吸起,形成了9100米的“海水高山”。在引力的作用下,馮帆很快地登上了“山頂”,并進入了飛船,在這里,他遇到了一位地心人。
通過地心人的講述,馮帆得知,地心人來自另一顆行星的地心,那里是一個沒有氣體的世界,地心人的骨骼和肌肉全部由金屬組成,血液則是電流和磁場。地心人創(chuàng)造了地心文明,并建立了規(guī)模龐大的地心城市。
這是劉慈欣的科幻小說《山》中的情節(jié),小說對行星地心文明進行了一番假想。那地球的地心是什么樣子的呢?
世界上距地心最遠的地方
大部分人會認為,距離地心最遠的地方應該是世界最高峰的山頂,也就是珠穆朗瑪峰峰頂。實際上,地球是一個南大、北小、中間鼓的不規(guī)則球體,如果從地心延伸到地表,赤道要比其他地方更厚。因此,世界上距地心最遠的地方是位于赤道附近的欽博拉索山的頂峰,距地心約6384千米,比珠穆朗瑪峰峰頂?shù)降匦牡木嚯x多了2千米。
地球的構造
地幔:地球內部體積最大、質量最大的一層,厚度約為2865千米,由于含有大量熔融物質,地??雌饋硐袷恰耙诲佒唷?。
地殼:由巖石組成的固體外殼,主要成分是氧、硅、鋁、鎂等,平均厚度約為17千米,僅為地球半徑的0.26%。
內地核:半徑約為1221千米,溫度約為6100℃~6800℃,固態(tài),主要由鐵和鎳組成,因此又叫鐵鎳核。
外地核:厚度約為2100千米,溫度4500℃~6100℃,近乎液態(tài),主要由鐵和鎳組成,還會緩慢流動。
衰變
不同元素的原子具有不同的質量,有一些元素的原子質量較大,不太穩(wěn)定,它們會自發(fā)地改變原子核結構,變成其他穩(wěn)定的元素,并向外釋放能量,如氡和鈾會變成穩(wěn)定的鉛。這種現(xiàn)象叫衰變,這些元素叫放射性元素。
地心的熱量來自哪?
就跟太陽系所有行星一樣,地球的形成過程十分激烈。地球形成初期會釋放出驚人的能量,地核的一部分熱量來自于此:地球被創(chuàng)造出來時,不斷遭到天體撞擊,撞擊產(chǎn)生熱量,熱量在中心聚集使得地核越來越熱。另外,地心內有放射性元素,它們在衰變的過程中會向外釋放能量,加熱地心。地核到現(xiàn)在依然如此“熾熱”,元素的衰變功不可沒。
地心如何產(chǎn)生地磁?
讀到現(xiàn)在,我們知道,地核的溫度很高,地幔的溫度比它低。因此,就像把裝滿熱水的小杯子放進裝滿冷水的大杯子中,熱水中的熱能不斷傳遞到冷水中,使冷水變成溫水一樣,地核的熱能也會發(fā)生流動,傳遞給地幔。
在這種熱能傳遞的過程中,外地核的液態(tài)金屬受到熱能推力發(fā)生流動,再加上地球自轉的同時地核也在旋轉,導致外地核的液態(tài)金屬圍繞著內地核做渦旋運動。渦旋運動是一種定向運動,導致金屬中的電子也發(fā)生定向運動,因此產(chǎn)生電流,電流產(chǎn)生了地球磁場。這是關于地球磁場如何產(chǎn)生的最具代表性的一種假說,目前為止,關于地磁究竟如何產(chǎn)生,人類仍在探究中。
地磁主導了世界上很多的壯觀景象,如極光,海龜、鯨、候鳥等動物的遷徙。
如果地心冷卻,地球將會如何?
自地核形成以來,它在產(chǎn)生熱量的同時,也在流失熱量,這意味著地心可能在慢慢冷卻。如果地心完全冷卻,地球會變成什么樣?
1地球變得越來越冷
地核冷卻后,將不再加熱巖石、水、氣體和其他物質,環(huán)境將變得越來越冷,地球可能會被大量冰層覆蓋。
2沒有火山、地震和板塊漂移
來自地核的熱量使得地幔和地殼發(fā)生移動,這種移動使得板塊互相摩擦,從而產(chǎn)生地震。如果地核冷卻,地幔和地殼的移動將停止,地震也會消失;火山噴發(fā)的熾熱熔巖的熱量來自地心,地心冷卻后,火山也不再噴發(fā)巖漿,變成死火山。
3地磁消失
前文提到,地磁的形成跟地核熱量的傳遞有著直接關系。如果地核冷卻,沒有熱量傳遞到地幔,液態(tài)的外地核也就停止流動,不再產(chǎn)生電流,進而導致地磁消失。地磁消失會讓動物遷徙亂套、指南針失效,太陽風會剝離大氣層,穿透地球上的生物,導致生物大批死亡。
4地球將失去生命
最后,遭太陽風肆虐的地球沒了大氣層,也沒了磁場,生命將消亡。
不會熔化的內地核
鐵的熔點是1535℃,鎳的熔點是1453℃,而內地核的溫度達到了6000℃,這可比得上太陽表面的溫度了!在這樣的溫度下,內地核的金屬竟然是固態(tài)的,這是為什么呢?
其實,地核除了高溫之外,還伴隨著高壓,這里的壓強約是地表的350萬倍!金屬的熔點不僅會受到溫度的影響,還會受到壓強的影響,壓強越高,熔點也會越高。因此,科學家認為,在內地核的極端壓力下,鐵鎳合金的熔點會大幅度升高,高過了內地核溫度,所以內地核的金屬呈固態(tài)。而外地核的壓力相對較低,金屬的熔點也低,所以外地核的金屬保持液態(tài)。