科学家是怎么知道地球(和其它行星,以及恒星太阳)内部结构的?
地球的内部结构
地球内部结构是指地球内部的分层结构。今天探测器可以遨游太阳系外层空间,但对人类脚下的地球内部却鞭长莫及。目前世界上最深的钻孔也不过12公里,连地壳都没有穿透。[科学家只能通过研究地震波、地磁波和火山爆发来提示地球内部的秘密。 一般认为地球内部有三个同心球层:地核、地幔和地壳]。
地壳是地球的表面层,也是人类生存和从事各种生产活动的场所。地壳实际上是由多组断裂的,很多大小不等的块体组成的,它的外部呈现出高低起伏的形态,因而地壳的厚度并不均匀:大陆下的地壳平均厚度约35公里,我国青藏高原的地壳厚度达65公里以上;海洋下的地壳厚度仅约5~10公里;整个地壳的平均厚度约15公里,...全部
地球的内部结构
地球内部结构是指地球内部的分层结构。今天探测器可以遨游太阳系外层空间,但对人类脚下的地球内部却鞭长莫及。目前世界上最深的钻孔也不过12公里,连地壳都没有穿透。[科学家只能通过研究地震波、地磁波和火山爆发来提示地球内部的秘密。
一般认为地球内部有三个同心球层:地核、地幔和地壳]。
地壳是地球的表面层,也是人类生存和从事各种生产活动的场所。地壳实际上是由多组断裂的,很多大小不等的块体组成的,它的外部呈现出高低起伏的形态,因而地壳的厚度并不均匀:大陆下的地壳平均厚度约35公里,我国青藏高原的地壳厚度达65公里以上;海洋下的地壳厚度仅约5~10公里;整个地壳的平均厚度约15公里,这与地球平均半径6371公里相比,仅是薄薄的一层。
地壳上层为花岗岩层,主要由硅-铝氧化物构成;下层为玄武岩层,主要由硅-镁氧化物构成。理论上认为过地壳内的温度和压力随深度增加,每深入100米温度升高1℃。近年的钻探结果表明,在深达3公里以上时,每深入100米温度升高2。
5℃,到11公里深处温度已达200℃。
目前所知地壳岩石的年龄绝大多数小于20多亿年,即使是最古老的石头 丹麦格陵兰的岩石也只有39亿年;而天文学家考证地球大约已有46亿年的历史,这说明地球壳层的岩石并非地球的原始壳层,是以后由地球内部的物质通过火山活动和造山活动构成的。
地壳下面是地球的中间层,叫做“地幔”,厚度约2865公里,主要由致密的造岩物质构成,这是地球内部体积最大、质量最大的一层。 地幔又可分成上地幔和下地幔两层。一般认为上地幔顶部存在一个软流层,推测是由于放射元素大量集中,蜕变放热,将岩石熔融后造成的,可能是岩浆的发源地。
下地幔温度、压力和密度均增大,物质呈可塑性固态。
地幔下面是地核,地核的平均厚度约3400公里。地核还可分为外地核、过渡层和内地核三层,外地核厚度约2080公里,物质大致成液态,可流动;过渡层的厚度约140公里;内地核是一个半径为1250公里的球心,物质大概是固态的,主要由铁、镍等金属元素构成。
地核的温度和压力都很高,估计温度在5000℃以上,压力达1。32亿千帕以上,密度为每立方厘米13克
美国一些科学家用实验方法推算出地幔与核交界处的温度为3500℃以上,外核与内核交界处温度为6300℃,核心温度约6600℃。
***地球是一个非均质体,内部具有分层结构,各层物质的成分、密度、温度各不相同。在天文学中,研究地球内部结构对于了解地球的运动、起源和演化,探讨其他行星的结构,解决行星以至整个太阳系起源和演化问题,都具有十分重要的意义。
到目前为止,关于地球内部的知识,主要来自对地震波的研究。地震波在地球内部传播时,分为纵波和横波。地震波的传播速度与地球内部物质的密度和性质密切相关。在不同性质和状态的介质中,地震波传播速度有显著变化。
依据地球内部不同部分的地震波传播速度的资料,可以分析地球内部的结构。地球内部存在两个主要的间断面:第一个间断面位于地表下平均约三十多公里处,称莫霍洛维奇间断面(简称莫霍面或M界面);第二个间断面位于地表下约2,900公里处,称谷登堡-维舍特间断面。
这两个间断面把地球内部分成三个主要的同心层:地壳、地幔和地核。莫霍面以上是地壳,莫霍面和谷登堡-维舍特间断面之间是地幔,从谷登堡-维舍特间断面到地心是地核。
澳大利亚的布伦根据地震资料于1967年提出了地球内部结构的A模型,1970年又提出了HB2模型。
这些模型对地球的分层结构作了更仔细的研究,目前广泛使用的是A模型。
地壳又称 A层,它的厚度是不均匀的,大陆地壳平均厚度约30多公里(中国青藏高原的地壳厚度可达65公里多),而海洋地壳仅5~8公里。
密度为地球平均密度的1/2。大陆地壳上层的成分约在花岗闪长岩和闪长岩之间,下层岩石可能是麻粒岩和闪岩。海洋地壳是橄榄岩。据目前所知,地壳岩石的年龄绝大多数小于20多亿年。这意味着现在地球壳层的岩石不是地球的原始壳层,是以后由地球内部的物质通过火山活动与造山运动而形成的。
地幔的物质密度由近地壳处的3。3克/厘米3增至近地核处的5。6/厘米3,地震波传播的速度也随之增大。地幔分为三层。从莫霍面到地表下410公里深处,称为B层,地震波波速几乎随深度直线增大。
往下到1,000公里深处是一个过渡带,称为C层,地震波波速不均匀地增大,说明内部物质分布不均匀。B、C两层称为上地幔。再往下到2,900公里处称为D层,即下地幔,波速增大较均匀,而且没有发生过地震。
地幔物质的主要成分可能是同橄榄岩相似的超基性岩。
地核也分为三层。E层是外地核,可能是液体,地震波横波在这里消失。 F层是外地核和内地核之间的过渡层。G层是内地核,可能是固体的,这里又出现地震波横波。
地核虽只占地球体积的16。2%,但由于它的密度相当高(地核中心物质密度达到13克/厘米3,压力可能超过370万大气压),根据有些学者计算,它的质量超过地球总质量的31%。地核主要由铁和镍等金属物质构成。
地球内部的温度随深度而上升。根据地震波传播情况得知:地幔是固体状态的,100 公里深处的温度已达1,300℃,300公里深处的温度是2,000℃。据最近估计,地核边缘的温度约4,000℃,地心的温度为5,500~6,000℃。
由于地球表层是热的不良导体,来自太阳的巨大热量只有极少一部分能穿透到地下极浅处。因此,地球内部的热能可能主要来源于地球本身,即产生于天然放射性元素的衰变。
地球的重力加速度也随深度而变化。
在地球内部,地球自转引起的惯性离心力随深度的增加而减少,这样,地球内部的重力可以简单地看成是地球的引力。一般认为,从地表到地下2,900公里深处,重力大致随深度而增加,在2,900公里处重力达到最高值,约1,000伽。
从地表下2,900公里到地心,重力急剧减小,到地心为0。收起