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【地质学科普系列二】地球的物质组成 精选

已有 8667 次阅读 2011-5-19 17:24 |个人分类:地学科普|系统分类:科普集锦| 地球, 地质学, 物质组成

【作者按】上个世纪美国和前苏联分别实现了登月的太空梦想,实现了人类自诞生以来的“飞天梦”,人类实现了“上天”,然而要想“入地”却是困难重重。迄今为止,人类对于地球内部的物质也只是通过地球物理的手段和岩石学的研究进行推测,谁也没有真正见过地球深部的物质到底是什么。本文简单介绍现代地质学家对地球物质组成的认识。

 

在中学的地理课本中,我们知道地球表面存在着三大岩类,他们是:岩浆岩,沉积岩和变质岩。这三大岩类是组成地球表面(地壳)的基本物质,自然界的岩石基本都在这三大岩类的范围内,但也有少数处于中间过渡状态的岩石。但是对于地球内部的物质组成,人们却始终处于推测状态,没有人从地球深部直接取出过物质。而且,在课本中我们都会看到显示地球圈层结构的图解(图1),该图解代表了现代人类对地球物质组成的基本认识。如果将地球近似为圆球体,其半径约为6370km。地质学家将地球从内到外分为地壳,地幔,地核三部分,其分层的依据是根据地震波反射反演的地球物质组成的不同。其中地壳的平均厚度约为17km,而且海洋地壳和陆地地壳的厚度不一样,一般来说,大陆地壳的厚度(平均厚度约33km,局部较厚如青藏高原厚度可达70km)远比海洋地壳的厚度(平均厚度约10km)大。地壳的下部是地幔,在地幔中存在一个过渡带,该过渡带是上下地幔的分界线。在上地幔存在一个低速带,主要为流体物质组成,称为软流圈,软流圈以上的固体地球被称为岩石圈(平均厚度约80km)。最中心的就是地核,现在一般认为地核是由铁镍物质组成,地核的外部是液态的,内部是固态的铁镍物质。如果将地球比做一个鸡蛋的话,那么地壳就是蛋壳,地幔就是蛋白,地核就是蛋黄了。了解地球物质组成现在有两种基本的方法:地球物理学中人工地震和地质学中岩石学方法。

1  地球圈层结构图解

1 岩石学方法

  这里所说的岩石学一般是指岩石学中的火成岩石学。地质学家根据火山喷发过程中喷出的岩浆或者由该种岩浆结晶形成的岩石(熔岩)来判断地球内部的物质组成,一般来说火山喷发的物质直接来自地球内部,更能直接的反应地球的物质成分。另一种方法就是通过地表出露的深部侵入岩(如花岗岩)来反演地球深部的物质。但是岩石学方法比较具有局限性,其只能推测地球上部(地壳,上部地幔)的物质组成,对于地球下部甚至地核的物质组成就无能为力了,只能靠地球物理手段来解决了。

 

2 地球物理方法

  地球物理方法就是利用地震波来反演地球的物质组成。先介绍一下地震波反射原理。一般来说,地震波存在P波和S波,即纵波和横波,横波(S)在液态的物质中是不能传递的,只能在固态物质中传递,只有纵波(P)才能穿透液态和固态的物质。当在地表的一个位置进行人工地震的时候,P波和S波都会穿过地球物质并在不同物质的界面发生反射,在地表的另外一个位置放置的记录仪会记录下来反射回来的地震波,根据记录的地震波来反演地球内部的物质组成。因为地球是由各种岩石组成的,不同的岩石有不同的地震传播速率,根据地震波记录和时间差就能反映地球内部的物质组成。

 

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