一些研究人員試圖小規模模擬地心條件:例如,將一小塊合金放在鉆石頂端保持平衡,通過開槍射擊用子彈使其瞬間位于高壓之下。其他一些則依靠復雜的計算機模型。大家都引用了加州理工學院的行星科學家大衛•J•斯蒂文森2003年發表在自然雜志上的一篇著名論文,他詼諧地建議挖一個細長的管子直通到地心,這樣就可以放個探測器進去。
埃希博士嘆道,“除非我們有無窮無盡的資源,否則無法辦到”。
通過地面的種種現象,地心透露著它的秘密。由于地心金屬的不斷旋轉,形成了地球磁場,不僅遍布地球內部,還延伸到地球以外幾千英里的太空。地球巖石中排列整齊的磁化顆粒表明地心已經至少形成了30-45億年,否則不會產生這樣的結構。
現在人們還不清楚,地球為什么有顛倒自身磁極的有趣習慣。每經過10萬到100萬年或者更久,地球的南北磁極就會對調,在那之前往往磁場會變弱。我們目前的北極地區已經保持了近80萬年,在過去的一個世紀中,北極磁場已經減少了近10%,這表明或許我們正要面臨一次磁極對調。不用擔心:即使明天就磁極對調,在大逆轉完成之前今天活著的我們就都變成微塵了。
基于目前研究得出的地心結構還只是初步成果。地球的基本層次依靠萬有引力形成,最重的成分,如鐵和鎳,不斷向中心聚集,而輕一些的巖石成分則向外移動。
一些較輕的成分由于同金屬形成了化合物也被一起拉向中心。科學家們正試圖通過運用計算機模型分析地震波以推測出這些化合物的構成,包括氧,硫以及其他的一些成分。不同的層次之間有明顯的界限——在具有彈力的外層巖石和地心外層的液態金屬之間有,在液態金屬層和固態內核層之間也有。
地心體積只占地球的六分之一,質量卻占到了三分之一。海量的金屬由于地心的熱量一直處于液體狀態。這里的“液體”不是指巖漿一樣的熔融狀態,“如果你能帶上安全手套將手插入地心外層,金屬液體會像水一樣流過你的指尖”加利福尼亞大學的地質學家布魯斯•布菲特如是說。
布菲特還說:“地心金屬液體的黏性非常低,面積非常大,渦流對其流動方式產生很大影響。可以想象一下大氣層或者大型噴氣飛機產生的氣流。”只有在最中心部分,壓力的影響勝過溫度,金屬才固化。
地心具有很高的原始熱量,由于重力作用形成了地球結構,地心被厚厚的巖石層覆蓋。具有熱量的地球不停地在寒冷的宇宙空間運動,地心也要遵守熱力學第二定律,不斷地向外界散失其熱量。
熱量可以通過兩種基礎途徑傳導:直接傳導,如同熱量在油鍋中的傳導,或者是對流傳導,如同熱空氣在大氣中的上升或者開水壺中的氣泡。
直接熱傳導在能量傳遞方面浪費極大——熱量移動,而地球本身不動。相反,對流傳導的效率高得多。對流產生了地心金屬熔水中的翻滾流淌運動,也正因此使地球的內心形成了發電機一樣的結構,產生磁場。
艾爾法博士和他同事們發表在自然雜志中的報告中寫到,他們運用大型計算機進行運算,他們的研究基于原子運動規律計算金屬和金屬合金在假定地心條件下的質量。他們的結論是地心在熱傳導過程中損失的熱量是以往估計的兩到三倍,如果是這樣,地球內部就沒有足夠的熱量維持內部的對流運動。或許該考慮其他熱能產生的可能性,如放射性鉀和釷,或者一個快速固化的內核。
布菲特認為地球表面的水對地球的熱平衡也起到一定作用——水使巖層強度稍稍變弱,更易于移動并且更便于參與到活躍平衡的對流交換中。
水是生命之源,對于我們的星球來說,也是如此。
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