作者：骥伏枥
|
上天、入地、下海、登极这四大科研工作领域是一个大国彰显综合国力和科技水平的标志，但是，其中的“入地”确是发展最为缓慢的一项，原因就在于地球太大，对于地球内部的结构，我们无法直接观察。目前，我们了解地下深部情况的主要方法就是钻探，通过打钻孔取出岩芯然后进行研究。然而，钻得越深，施工难度越大，成本也就越高。截至目前，世界上最深的钻孔，是1970年前苏联进行科学钻探时的一口钻井，位于俄罗斯西北部边境的科拉半岛，深度达到12262米。可是，这个深度还不足地球半径的1/500！由此可以想象，我们的地球是多么庞大。 什么是地震波？ 首先问大家一个问题：如果地震发生在你身边，你会有什么样的感觉?是上下颠簸还是前后左右摇晃？ 答案是：先感觉到上下颠簸，然后再感到前后或左右摇晃。要解决这个问题，首先要了解一下什么是地震波。 当地震发生时，巨大的能量被释放出来，将会以一种弹性波的形式向周围传播，它包括两种形式：纵波和横波。纵波传播时，质点的振动方向与波的传播方向一致，一疏一密相间出现，就像被压缩的弹簧弹开时一样，横波传播时，介质质点的振动方向与波的传播方向互相垂直，举个例子，假如你拿一根绳子，将绳子的另一头拴在树上，然后你用手抓绳子的这一头沿水平方向抖动绳子，一个个的横波就会从绳子的一头传向另一头。
纵波可以通过固体、液体和气体传播，而横波只能通过固体传播。此外，纵波比横波的传播速度快，在大多数岩石中，纵波的传播速度为横波速度的1.7倍。所以，现在大家就会明白了，当地震发生时，因为纵波速度快于横波，所以从地下深处传上来的首先是纵波也就是上下抖动，然后才是横波让我们前后左右摇晃。
莫霍面的发现 1909年10月，欧洲的巴尔干半岛发生了严重的地震，克罗地亚一位名叫莫霍洛维奇的地球物理学家仔细研究了这次地震，他发现在地下大约33千米的地方，地震波的传播速度发生了明显的变化，这种变化不是连续的，而是一种突变。于是，莫霍洛维奇认为地球内部是分层的，在地下存在一个界面，界面上下之间的物质成分和密度明显不同。 后来，随着研究的不断深入，人们发现这一界面具有全球性，陆地上有，海洋里也有。后人为了纪念莫霍洛维奇的这一伟大贡献，将这个界面称为“莫霍面”，并将这个界面之上称为地壳，界面之下称为地幔。
地壳的深度 为了更深入地研究地下深部的情况，在20世纪60年代，美国曾开展过一项大规模的钻探计划，这项计划就以地球物理学家莫霍洛维奇的名字命名，称为“莫霍尔计划”，计划是在海底选定某些地点向下钻探，期望穿透地壳，直达地幔。然而，由于没有设立专门的组织和人员掌握全局，在管理上出现了很多问题，虽然投入了巨额资金却还是以失败而告终。 尽管如此，人类始终没有放弃“向地下深部进军”的愿望，近年来一系列深部探测计划正在实施，如美国大陆反射地震探测计划、地球透镜计划、俄罗斯深部探测计划、欧洲地球探测计划、德国大陆反射地震计划、英国反射地震计划、意大利地壳探测计划、瑞士地壳探测计划等。自20世纪70年代以来，世界上已有14个国家打了近100口深浅不一的科学钻孔，其中4000米以上的深孔有20口，均未打穿地壳。 虽然目前钻孔揭示不了地壳的厚度，但依靠其他方法仍然可以获得答案。现代科学研究发现，整个地壳平均厚度约17千米，其中大陆地壳厚度较大，平均约为35千米；高山、高原地区地壳更厚，最高可达60～70千米，比如地球上地壳最厚的地方在我国的青藏高原，厚度达到了70千米以上；平原、盆地地壳相对较薄；大洋地壳则远比大陆地壳薄，厚度只有6千米。所以一般的规律是：在较大的范围内，地球固体表面的海拔高度越高，地壳就越厚，海拔越低，地壳就越薄。 地壳中的岩石和矿物 相对于整个地球而言，地壳其实很薄，它的体积仅占地球体积的1%，其质量只占0.4%，但它是矿产资源的聚集地。 地壳是由岩石组成的，按照岩石的成因来说，主要是三大类岩石：岩浆岩、沉积岩、变质岩。地球内部的岩浆，经过冷却凝固就形成了岩浆岩。在流水、风、冰川、海浪等的侵蚀、搬运等作用下，又固结成为新的岩石，就是沉积岩。已经形成的岩浆岩或沉积岩，在地下深处如果遭遇到高温、高压的条件，还会发生变质，即成了变质岩。无论是沉积岩还是变质岩，在地壳深处如果发生重熔再生，就又成了新的岩浆。所以，地壳的物质一直在不断地发生着循环运动。 岩石是由矿物组成的。矿物是我们人类生产资料和生活资料的重要来源之一，是构成岩石的物质基础，比较常见有石英、长石、云母、方解石等。地球上已发现的矿物有3000多种，但其中组成岩石的造岩矿物只有几十种而已。 如果把矿物继续细分，那就是由元素组成的。地壳中有90多种自然存在的化学元素，其中氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁等8种元素的含量，约占地壳总重量的97.13％；其余几十种元素的总含量还不到3％。地壳中含量最多的元素是氧，约占地壳总含量的一半；其次是硅，约占四分之一。
当地时间2011年3月11日下午2点46分左右，日本东北宫城县北部地区发生里氏9.0级特大地震。地震之后的观测结果显示：日本大地震导致从宫城县至福岛县的日本东北地区地壳发生剧烈变动，宫城县牡鹿半岛以外约175公里的海床向东南方向移动了约30米。 这样的事实告诉我们：地球的地壳是在运动的。但是，像地震这样的剧烈运动只是它的一种形式而已，更多的则是我们难以觉察的变化。当你看到高低起伏的山川时，你是否想过它是如何形成的？当你面朝波涛汹涌的大海时，你是否想过它是如何产生的呢？其实，地势的高低起伏和海陆变迁都是地壳运动的结果。 大家都知道，喜马拉雅山现在是世界上海拔最高的山脉，但在几十万年、几百万年前，它的海拔还是比较低的，是经历了如此漫长的时间慢慢“长”起来的，而且现在它每年还在‘长高’好几毫米。再比如，大西洋就是地壳的水平移动造成的，现在仍在不断扩大中。
附录： 莫霍洛维奇（1857-1936），欧洲克罗地亚（属于前南斯拉夫）著名的气象学家和地球物理学家，他这一生中最重要的贡献就是发现了地壳和地幔之间界面。他被誉为20世纪最杰出的地球科学家之一。后人为了纪念他的贡献，不仅将地壳和地幔之间界面命名为“莫霍面”，还将月球背对地球的一侧一个直径51公里的陨石坑命名为莫霍洛维奇。
|
