书城科普读物南极北极哪里冷
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第11章 地球外核与地幔交界处的温度

地球分为不同的卷层,包括地壳、地幔和地核,可以用鸡蛋的蛋壳、蛋白和蛋黄来形象地类比,地球各圈层的温度也不同,科学家们是怎么知道这一切的呢?

自从18世纪末英国科学家卡文迪什测出地球的质量以后,根据当时已知的地球直径,可以算出地球的体积,求出地球的平均密度约为5.5g/cm3.另外,人们已经知道地表岩石和土壤的密度约为2.5~3g/cm3,由此可以推论,地球深处的密度一定比这大得多。

1855年,科学家发明了地震仪,可以分别记录地震波传播的频率和时间。人们发现,地震波的传播速度会受到地下岩石的种类、密度、温度和压力的影响,因此可以借用地震波来了解地球深处的情况。

地震波分为“面波”和“体波”,面波沿着地表的曲面行进,而体波则钻进地球的内部。体波又分为“初波”和“次波”,初波同声波一样,是以一张一弛的方式传播的,可以通过任何介质;次波的传播则像蛇行那样,蜿蜒方向和前进方向成垂直角度,不能通过液体或气体。

1909年,一位名叫莫霍洛维契克的克罗地亚地质学家发现,在地表以下约32km的地方,地震波的速度突然增大,认为这里是地壳的边界。后人将其称为“莫霍面”。

根据初波和次波在地下深处的行进时间和速度判断,在“莫霍面”以下直到2900km深处,密度从3g/cm3逐渐增大到6g/cm3.科学家将这一部分称为“地幔”,它的体积约占地球总体积的83%,质量约占整个地球的66%,可能是由硅酸盐类组成的。

在地下2900km深处,地震波行进到这里后突然发生变化,次波几乎完全停滞不前,初波则急剧改变行进方向,发生折射。1914年,美国科学家古腾堡首次用实验数据确定,这里是地球液态核心分界面,并指出它一直延伸到离地心3500km的地方。后来人们把这个分界面称为“古腾堡面”。澳大利亚科学家布伦在1936年根据地震数据计算出地球深处各层的密度,从“古腾堡面”以下的9g/cm3逐步增加到地心处的11.5g/cm3.

地球液态核心的直径相当于半个地球直径,质量约占地球的1/3,与地幔交界处的温度约为3500℃,压力为1550t//cm2,地核中心的温度约为6600℃,压力约为3880t/cm2.科学家通过分析落到地球上的陨石物质成分后推测,能够构成地核的重元素在宇宙中只有铁和镍。液态铁和镍在地球核心的高温高压下,密度在9~12g/cm3之间,恰好与科学家所设想的地核物质相符。