核又分为内地核与外地核两部份。地球内部越接近地心,温度越高,地心点的温度据科学家推测约为摄氏6000度。
液态地核说」主张地核是由密度90~115克/立方公分的物质在地核内部特殊高温与高压下所组成的。压力估计从液态地核最上部份的每平方公分1550吨到地心约3875吨。温度比较不确定,但从深矿坑得知温度会随深度而升高,而根据岩石的导热率,地质学家估计(相当粗略的)液态地核的温度约是摄氏5千度(木星的中心可能高达摄氏5万度)。
地核的物质是一些常见元素,这些元素使得仅有地球半径二分之一大小的地核却占了地球三分之一的质量。宇宙中最常见的重元素是铁,但它在地表的比重只有786克/立方公分,而在地核巨大的压力下,却可高达9至12克/立方公分,不过在地心中它是呈液状的,陨石可提供更多的证据。这些掉落的陨石可分两大类:石质陨石(stony meteorites),其主要成分为矽酸盐;而铁质陨石(iron meteorites)则由90%铁、9%镍和1%其他元素所构成。许多科学家相信,陨石是破碎小行星的残余,有一些较大的陨石包含了金属与岩石两部份。金属部份必定为镍铁,这也可能就是地球金属核心的成分。事实上在1866年地质学家开始探测地核之前,法国地质学家杜布里(Gabriel August Daubrire)就由铁质陨石的成分指出地核为铁所组成。
事实上,大部份地质学家已接受一个论点,即地球由两个主要部份组成——矽酸盐地函和镍-铁地核(如同蛋白和蛋黄一样的组成),他们并认为早期的地球必为液态,后来则可能包含两种互不溶解的液体。矽酸盐液体较轻,浮在上方并将热辐射到太空而冷却。底下的铁熔液则被上层隔绝未能直接暴露出来,释热很慢,所以可能到目前仍为液体。当然也并非所有科学家都接受地球有液态阶段的说法。美国化学家尤瑞(Harold Clayton Urey)特别坚持地球一直都是固态的。他驳斥说,巨大固态地球的铁核仍能由铁的缓慢分离而形成;即使现在,铁还可能以1秒5万吨的速率从地函迁移到地核中去
绝大部分地震是地壳板块之间相互碰撞,使得板块扭曲,断裂,或者错动,短时间释放大量的能量,引起周围岩石颗粒震动,然后震动的颗粒引起边上颗粒震动,通过这种岩石颗粒的连环震动,最终引起地表震动的现象。
从地表到莫霍界面,叫做地壳,主要由多组断裂的,大小不等的岩石板块组成,平均深度17km,其中陆地深度33km,海底深度平均7km,最浅的地方是是太平洋南部的马里亚纳群岛的海沟,海沟深11000米,此处地壳仅11千米。
从莫霍界面到古登堡界面之间,被称为地幔,因为古登堡在地底2900km附近,所以古登堡的厚度大概2800多千米。在地幔中,在地底1000km附近,界面上下密度差别很大,上地幔大概35g每立方厘米,密度比较均匀,下地幔密度大概51g每立方厘米,密度不均匀,表现为地震波在1000km处快速增大。在1000km处将地幔分为上地幔和下地幔。其中上地幔中有一个软流层,大概是从地表80km到400km附近,地震波出现减速带(从震源观察视角),推测这里有大概少于十分之一的物质处于熔融状态,熔融状态的物质分散在软流层固体物质中,是岩浆所在地,也是板块运动的动力来源。
80千米以上的地方,被统称为岩石圈,都是岩石组成,也就是板块所在地。
基本属性:半径2800多千米,体积占比823%,质量占比678%,上地幔密度35g每立方厘米,下地幔51g每立方厘米,除软流层呈现熔融态,其他部分呈现固态特性。
从古登堡界面到到地心之间,被称为地核,因为地球半径大概是6370千米,所以地核厚度大概是3400千米。
根据地震波的变化,在地底5150km以下,地震波速度在加快,据此推测5150km以下的地方是固态,以上的地方根据横波消失的特性,是液态存在,其中5000-5100附近这100km的地方是过度层,是固体和液体混合的层。
2900-5000km叫做外地核,5000-5100km叫做过渡层,5100-6370km叫做内地核。
上地核和下地核成分类似,主要成分都是铁和镍(nie),但是上地核压力比下地核小很多,不至于凝固成固体,下地核温度6000℃,上地核4000多℃。
地核半径3470kn,体积占比162%,质量占比315%,密度整体是107g每立方厘米。
地壳的运动,就是板块构造运动。板块构造理论简单的来说,就是认为整个岩石圈是由不同的板块构成,大的板块包括美洲板块,亚欧版块,印度洋板块,太平洋板块,非洲板块,南极洲板块六大板块。
地壳的运动就是板块之间的运动,包括板块间的水平和垂直运动。板块的长期水平和垂直运动形成了目前的山脉,海陆变迁,峡谷,海沟,高原等地形。板块的短期运动,形成了地震和火山等地质活动,板块运动产生的能量,大多数通过板块之间交界处释放,所以有地震带和火山带。
地壳一直在运动,地震是地壳运动最直接的感受,每年地球大概发生五百万次地震,太远或者太小,所以人们很多感受不到,造成严重损害的大概十几二十次,特别严重的大概一到两次。
地幔对流就是熔融状态的软流层,温度较高,膨胀后推动岩石圈的运动,接触岩石圈冷却后下沉,这个过程叫做地幔对流。地幔对流将地幔处的热量传递出去,同时地幔对流被认为是板块运动的动力源泉,也是火山岩浆的来源。
研究表明,液体的外核比固体的内核和地幔速度慢,产生了相对运动。而这个相对运动,被猜测与地磁的产生关系紧密。
地球进入太阳系后,地球产生了公转和自转,地球的内球和外球也产生了位置和转动角速度不一样的变化。
由于地球的内球不在地球中心,始终偏向太阳引力的反方向,导致内球和外球转动的角速度不一样,内球快,外球幔。
角速度ω=V / R ,V为线速度,R为半径。
在A点内球的半径小于A点到地球中心,依据角速度公式,内球角速度大于外球的角速度。地核运动的角速度大于液态层,即地核转动速度快。
地球的半径将近6400千米,它的结构分为三层。最外层是地壳,厚度约为70千米,主要成分为花岗岩和玄武岩。中间层是地幔,厚度约为2900千米,主要成分为硅酸盐岩石。最内层则是地核,厚度约为3400千米,主要成分为铁和镍。尽管地球拥有一个巨大的内核,但在一百多年前,人类还不知道地球内部存在一个独特的核心结构。
人类目前钻得最深的地方也就只能达到十几公里,想要把地核中的物质挖上来分析一下是不现实的。不过,很多方面能够告诉我们地球内核的结构以及组成。最初,科学家通过观测地球对太阳和月球的引力反应,推断地球拥有一个由铁组成的稠密核心。随后科学家发现,地震波穿过地球中心的速度要比地幔慢得多,这表明地核中由存在液态部分。
根据大量的研究分析,科学家发现地球核心可分为两部分。一部分是地幔下方的外地核,厚度约2200千米,主要由熔融的铁、镍以及少量的硅组成,因为这里的温度高达4000至5000度之间。另一部分则是外地核下方的内地核,厚度约为1200千米,主要由固态的铁和镍组成。虽然内地核的温度更高,但这里的压力也更大,金属合金不会熔化,所以内地核呈现为固态。科学家认为,正是由于地球核心的独特结构,地球才能产生强大的磁场,从而保护地球上的生命免受太阳辐射的危害。
地球在数十亿年前由太阳星云形成而来,在这团星云中,铁是含量最丰富的金属元素。所以在地球形成后,大部分的铁都沉入了地球内部,而较轻的物质更靠近地壳。
地幔再往里就是地核,它的半径约3500公里地核可分为“外地核”和“内地核”两层处在地表以下2900-4980公里的部分叫外地核,是液体状态4980-5120公里深处,是一个过渡带,从5120公里直到地心则为内地核,是固体状态地核的成分主要是铁,另外还有一些没镍和碳的元素内地核的半径约1300公里,因为地核离开地面太深,很少有“讯息”传来,所以我们至今对它了解得很少那么,我们是怎样知道地核成分是铁呢我们通过对地震波的研究,可以估算出地核物质的平均密度大约为每立方厘米107克人们通过计算,大概知道地核处的压力在每平方厘米1550吨3880吨之间,温度在5000度左右在如此高温高压下,有什么样的物质可以使它的密度达到107克/立方厘米呢而这种物质又必须是一种比较普遍存在的,至少要占整个地球质量的三分之一这样,人们就会自然考虑到宇宙中最为普遍的重元素,密度为786克/立方厘米的铁它在地心高温高压下的密度值会达到107克/立方厘米左右这是从地球本身的特点分析而得出的结论
(一)液态外核的认识
外核半径为1272km,密度为13g/cm3,约占地球质量的17%,外核的P波速度为806~1036km/s,而S波速度为零。在内核和外核边界上,密度和速度均有显著变化,且边界面很明显,故内核界面呈现为短周期地震波的良好反射界面。地核内部S波不能通过,核-幔边界上P波速度显著下降、磁场的西向飘移等现象,均可用来推测地核是由流体组成的。在1926年正式确立了地核的流动性。当时杰福里斯曾指出,只有当地球整体的刚性小于地幔刚性(依地震资料)时才能产生潮汐,这便表明,从地幔到地核的转换包含了成分变化和状态变化。
虽然外核表现为流体,但不一定由此得出温度在液相线之上。这也就是说,即使它含有30%或更多的悬浮颗粒,它也仍然表现为流体。根据目前所知,至少部分外核在固相线或共晶温度之上,且外核具有很低的刚性和低黏滞度。由于压力对液相线的影响,若地核温度处处都在液相线以上,那么均匀地核只能是绝热的,且其绝热温度剖面位于固相线和液相线之间,即为初始均匀地核。地核中所含悬浮颗粒往往会由于其密度变化而上升或下沉,最终地核则处在液相线之上,并且铁含量有径向梯度;如果铁含量随深度而增加,那么地核将是稳定成层的。
(二)固相内核的证据
莱曼利用地核介质区的地震波资料推断认为,地核中还存在一个速度较高的内核,并间接地证明了内核是固相的。
1957年时古登堡认为,内核边界与频率有关,故内核可能是高黏滞性的流体,而不是结晶体,内核的边界也非常明显确切,内核的Q值相对较低,且随深度增大而增大。
内核的泊松比很高(为044),故证明内核不是结晶固体,内核温度近于熔点或部分熔融,或含电子相变。如果内核是金属性物质,泊松比又随温度与压力增大,则在内核压力下泊松比值很高。在实验室条件下,一些金属的泊松比为043~046。
关于地核的性质详见表5-14(Anderson,1980;Dziewonski et al1981;Melchior,1986)。由此可见,内核的速度变化很小,P波的平均速度值为1115km/s,而S波的平均速度为35~367km/s。
表5-14 地核参数表
续表
注:1bar=105Pa,1erg=10—7J,1Gs=10—4T。
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