地球的内热

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  地球正在变暖已是不争的事实。地球的这种大气温度变化令人们直接关注到温室效应。众所周知,温室气体是使得地球变暖的直接原因,而人类活动是产生温室气体的主要原因,所以,减少排放温室气体成为各个国家环境保护工作的重点。在人类约束自身工业化进程的同时,我们也不应当忽视地球内热这一因素。
  我们都知道,地球的地质构成包括是由地壳、地幔和地核。地壳是地球最表面的构造层,主要是由岩石组成,约占地球体积的0.8%。根据地壳的性质,地壳可分大陆地壳和大洋地壳。由于海洋占了地球表面的绝大部分,所以,大洋地壳是地壳的主要部分。构成地壳的岩石是自然形成的矿物集合体,它构成了地壳及其以下的固体部分。
  在地壳之下是地幔。地幔是巨厚的硅酸盐圈层,是地球最重要的组成部分,约占地球体积的82%,由于地幔太深,无法直接观察,只能以间接的方法研究。研究方法包括地震波、重力和岩石的刚性和弹性反演,以及实验岩石学研究。根据研究,可将地幔分成由浅至深的三个部分;上地幔、过渡层和下地幔。
  地幔内部有大规模的物质对流。这一对流会驱动地壳的大陆板块运动。那么,这种对流是怎么产生的呢?这就是因为地球的内热,这种热量一般被认为是由于放射性同位素衰变引起的。地球内热的秘密就隐藏在地球深处,而在地球的最核心处,就是地核。地核位于地下2900千米以下。地球物理学的研究表明,地核可分为两个部分:内地核和外地核。关于地核,人们所知还非常有限。但是有一点是可以肯定的,那就是,地球内部是一个高温高压的世界。
  地球内部聚集的能量有时候会释放到外部。火山爆发就是地球释放能量的一种方式。火山爆发的时候,会从地下喷涌出各种气体和炽热的岩浆。这些岩浆把热量从地球内部转移到地球的表面。通过传导和对流扩散等方式,地热会向地球表面传递,在这种传递过程中,会出现矿物相转变、地幔对流、岩浆喷发等地质现象。那么,我们很容易想到,如果在某个地质时期,有大体量的地热从地下传递到地表,那么,地球是不是也会变热呢?
  火山、温泉以及成矿热流体都表明地热是客观存在的。全球的地热分布非常不均匀,这与地球板块构造位置密切相关。不同地区、不同深度的温度存在明显差异。这种差异会造成地壳的不规则运动,当地壳的板块发生碰撞和挤压的时候,地壳下面的岩浆就可能冲出地壳,造成火山爆发。由于地球内部温度很高,压力很大,所以岩石在高温下会变成通红的炽热液体。随着温度的提高,岩浆产生的物理和化学反应可以释放出有毒气体,好像水中的气泡一样上升到岩浆表面破裂。这就是人们看到的岩浆沸腾的样子。
  我们所能见到的火山只是大陆上的火山,还有更多的火山在海底。海底火山起初只是沿洋底裂谷溢出的熔岩流,以后逐渐向上增高。大部分海底火山喷发的岩浆在到达海面之前就被海水冷却,不再活动了。所以,人们很难真正看到海底火山爆发的景象。顶多看到的是,海底的熔岩泉不断冒出新的岩浆,冷却而形成新的火成岩。熔融的岩浆在海底喷溢而出,形成海底火山。海底火山在喷发中不断向上生长,会露出海面形成火山岛。随时间迁移,地幔对流将火山岛缓缓地从大洋中脊向两侧推开,同时火山岛的年龄从洋中脊向外逐渐变老。这一地质过程就是海底扩张。
  20世纪50年代,地球物理学家爱德华,布拉德(EdwardBullard)发明了一种热流探针。这种探针可以下到海底,穿入海底层测量温度梯度。这种探针测量的结果令人吃惊,通过太平洋海底地壳,由地球内部释放的热流比预期值高10倍。而大洋中脊的热流值更高,海沟处则比正常值低。这测量结果表明,热流应是从大洋中脊上升,在海沟处下降。
  最近一些年来,我们都知道厄尔尼诺现象,就是洋流水温反常升高,从而造成了很多气候反常的现象。那么,我们可以推测,如果大洋海底的火山活动异常,在某时期内释放了巨大热量,那么,也会对地球气候造成巨大影响。
  在2007年初,有媒体报道,日本研究者使用海洋探测机器人,在印度洋海底发现了世界最大的熔岩平原。研究者们发现了因海岭扩张而形成的裂痕,据此推测,从数万年前开始,黏稠度较低的岩浆大量从海岭的裂痕中喷涌而出,最终形成了巨大的海底熔岩平原。我们不难想象,在这一地质过程中,伴随着海底熔岩的涌出,海水温度也会升高,进而会影响大气环境。
  在当今世界,人类对宇宙空间的探测已经扩展到100多亿光年远的地方。但是,人们对地球内部构造的研究,钻探深度还是以千米为单位计算。这种研究的进一步深入,有赖于各个学科的交叉,地球物理学家们要和气象学家们一起工作,共同探讨,这样才能使得人们进一步了解地球变化的秘密。
  [责任编辑] 李金
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