14地球的圈层结构

地球内部是什么样子？

　　人类繁衍生息在大地上，很想知道地下是个什么样子。当然，在科学不发达的古代，人类只能根据一些表面现象去猜想。当人们看到大地周围被海水包围着，就猜想大地是浮在水上的。但泥沙尚且沉入水下，大地为什么会不沉呢?于是想象出：大地之下有鳌鱼、乌龟之类的动物在支撑着，才浮而不沉。基督教说地下是地狱，是魔鬼生活的世界。佛教也认为地下是地狱，但地狱不是一层，而是十八层，什么刀山地狱啦，火焰地狱啦，等等，是阎罗王统治下的恐怖世界。虽说地下有十八层地狱是荒诞的，但地下确是分层的。
　　那么，地下究竟是什么样子呢?这的确是个大难题，难就难在人们入不了地。当今世界上最深的钻井也只有万米左右。这个深度同地球6300多千米的半径相比，实在是太微小了。人们想直接观察地球内部的状况是不可能的，但可以通过地震波在地球内部传播的情况，间接地了解到地球内部的结构和物理状况。地震波有个特性，它在不同物理性质的物质中有不同的传播速度，该速度受物质密度、温度、压力的影响。而且，在两种不同性质的物质界面处会发生折射和反射。
　　当地壳岩石发生断裂错动时，会产生强烈的震动，这就是地震。地震所释放出的能量非常巨大，可相当于10万颗普通的原子弹爆炸。它能使地球像一个巨大的音叉那样发生振动，产生强大的地震波。当人们在地表用仪器观测地震波向地球中心传播时，发现地震波在大陆底下30～40千米左右深处，在海洋底下10千米左右深处发生了巨大的突变；在地下2900千米左右深处又发生了巨大的突变。这表明地下有两个明显的界面，界面上下物质的物理性质有很大差异。据此，科学家们认为，地球内部大致可分为三个组成物质和性质不同的同心圈层，最外面的一层称为地壳，最中心部分称为地核，中间一层称为地幔。如果把地球内部结构做个形象的比喻，它就像一个鸡蛋，地核就相当于蛋黄，地幔就相当于蛋白，地壳就相当于蛋壳。
　　地壳的厚度是不均匀的，一般大陆地壳较厚，尤其山脉底下更厚，平均厚度约32千米，海洋地壳较薄，一般在5～10千米。地壳的物质组成除了沉积岩外，基本上是花岗岩、玄武岩等有结晶构造的固态硅酸盐类物质。花岗岩的密度较小，分布在密度较大的玄武岩之上，而且大都分布在大陆地壳，特别厚的地方则形成山岳。海洋地壳几乎或完全没有花岗岩，一般在玄武岩的上面覆盖着一层厚约0.4～0.8千米的沉积岩。地壳的平均密度为每平方厘米2.7克。地壳的温度一般随深度的增加而逐步升高，平均深度每增加3米，温度就升高1℃。
　　地核的半径约3500千米。组成地核的物质密度为每立方厘米9～11克。地球中心的压力可达到350万个大气压，温度可达4000℃～5000℃。在这样高温、高压的条件下，地球中心的物质，已不能用我们熟知的“固态”或“液态”的字眼来表示，它可能是一种人们远不熟悉的物质状态。这种物态的特点是在高温、高压长期作用下，犹如树脂和蜡一样具有可塑性，但对于短时间的作用力来说，却比钢铁还要坚硬。根据对陨星的研究，推测地核可能是由铁、镍组成的。
　　地幔是介于地表和地核之间的中间层，厚度将近2900千米，它的物质组成具有过渡性。靠近地壳部分，主要是硅酸盐类的物质，含很多镁，与橄榄岩大致相当，只是氧化硅的成分比地壳里的含量低；靠近地核部分，则同地核的组成物质比较接近，主要是铁、镍金属氧化物。地幔是地球里面放射性物质集中的地方，由于放射性物质分裂的结果，整个地幔的温度都很高，大致在1000℃到2000℃或3000℃之间，这样高的温度足可以使岩石熔化，但这里的压力很大，约50万～150万个大气压。在这样大的压力下，物质的熔点要升高。在这种环境下，地幔物质具有一些可塑性，但没有熔成液体，可能局部处于熔融状态，这已从火山喷发出来的来自地幔的岩浆得到证实。
　　上述关于地球内部的地核、地幔、地壳三个同心圈层的划分，只是一个粗略分法，如果分得细一些的话，还可以划分成更多的具有不同性质的同心圈层。例如，有的科学家还进一步把地核分为内核、外核，把地幔进一步分为上地幔和下地幔。在这里就不详细介绍了。

大陆科学钻探小百科

　　CCSD（中国大陆科学钻探工程）：利用现代深部钻探高新技术，在具有全球地学意义的大别——苏鲁超高压变质带实施中国第一口5000米科学深钻，利用从钻孔中获取的岩心及液、气态样品及原位测量数据，进行多学科综合研究。
　　超高压变质岩：是板块俯冲、碰撞作用的产物，是研究板块会聚边界物质组成、结构及地球动力学的重要窗口之一。
　　ICDP（国际大陆科学钻探组织）：1997年成立，总部位于德国波茨坦，德国、美国、中国为主要发起国及常任理事国。
　　纪录：目前世界上最深的科学钻探井为前苏联的科拉SG3超深钻井，深12262米。

生命研究爆炸性发现

地下两千米石头里发现生命
　　有谁能想到，在地下数千米深的地方，仍然有生命的存在?在我国实施的“入地”工程——大陆科学钻探工程中，我国科学家惊奇地发现在地下2000米深处的极端条件下，仍然“生活”着大量微生物，这些微生物靠“吃”铁、甲烷等维持生存。
　　专家指出，这是近年来我国早期生命研究中的一项重大发现，对研究地下生物圈以及生命起源具有重要意义。
　　中国大陆科学钻探工程首席科学家许志琴院士5日在此间表示，近年来，中美科学家对大陆科学钻探工程中获取的2000米岩芯合作开展了地下微生物研究，通过对岩芯的低温冷储及DNA分析，首次在1080米深度的岩石中发现了太古菌及细菌，然后又对6个不同的深度、4种不同岩石性质的固体岩芯样品及流体样品进行DNA分析，发现了大量极端条件下形成的微生物，有嗜酸菌、嗜铁菌、嗜甲烷菌等，并完成了嗜热微生物的分离培养及鉴定的试验性工作。
　　“中科院微生物研究所和美国的科学家还设计了一系列培养基，并且分离到两株活着的高温菌株。”许志琴激动地说，“以前人们认为石头里没有生命，但这些生活在缺氧、高温极端环境中的‘饥饿生命’打破了人们的传统认识。它们藏身在岩石微细裂缝里，只靠‘吃’铁、镍、甲烷等生存。”
　　上天、入地、下海是人类向自然界挑战的三大壮举。从2001年起实施的中国大陆科学钻探工程是国家重大科学工程，是目前国际上正在实施的最深的科学钻井。两年多来，科学家们在江苏省东海县的超高压岩石中向地球深处“钻”进近3700米，通过初步研究建立了工程主孔的构造学、岩石学、地球化学剖面。
　　“我们还将构建一个地下微生物剖面，因为地下不同的地段生存着不同的生物群落。”许志琴说，“目前的研究还只是初步的，相信以后的成果会比现在更有爆炸性。”