地球深处之谜

地球深处之谜

我们脚底下的地球深处是什么样子？这也是多少年来人类一直试图搞清楚的事情。法国科幻小说作家儒勒·凡尔纳在他的《地心游记》中，绘声绘色地描写了几个人从冰岛钻进地下，结果居然从意大利脱险的奇妙探险经历。他们历尽艰辛，一路上遇到地下海洋、生活在地下海洋中的巨大怪兽，甚至还有史前人类遗迹，他们奇遇怪兽、地下洪水以及利用岩浆喷发脱险等，最后安全返回地面。

那么，地球深处到底是个什么样？这个问题一直在吸引人们。1912年，德国科学家魏格纳提出大陆漂移说，他通过各大洲弯弯曲曲的海岸线居然可以惊人地镶嵌、吻合，指出现在人们所看见的大陆，实际上可能是由一个原古大陆分裂形成。实际上，任何小孩都能从世界地图上看出，非洲和南美洲的外形很吻合，就像拼图玩具的各个块。当然，人们在魏格纳时代之前就注意到了，但是，他们认为这是一种巧合或上帝的意志。大陆漂移说打破了大家一直认为的地球从形成之时起，陆地就亘古不变的想法。魏格纳发现不同大陆之间有两种联系：一是地质学上的联系，同时代、同种类的沉积物出现在宽广的大洋的两岸。二是相似的古代动植物化石出现在不同的大陆。尽管这种相似性很少存在，每个洲都有自己独特的动植物群。然而，在不久的过去，一些植物和动物不止在一个洲存在，一个鲜明例子是舌羊齿属种子蕨，它生活在2.7亿年前，遍布今天的南美洲、非洲、澳洲和亚洲等地。魏格纳清楚地意识到曾经存在一个超大陆。1915年，他出版了《海陆的起源》，在书中他详细地陈述了这一理论，即地球上所有的大陆曾经有一个共同的“母亲”，他称其为“联合古陆”。

然而，以哈罗德·杰弗里斯爵士为首的大多数地球物理学家通过对地震的研究发现，地球内部是完全刚性的，大陆怎么可能移动呢？当时魏格纳的支持者不能提供任何有力的证据来证明大陆运动是可能的。

直到魏格纳死后的30年即20世纪60年代，这种机制才被发现。为了发展核潜艇技术，不仅需要海面地图，而且需要绘制精确的海底地图。美国海军投入巨资采用回声探测技术绘制海底地图，这种技术用于记录小型爆炸物投入到水中所产生的震动。在此之前人们猜想海底经过数百万年的海水运动和沉积物的磨损，应该是相当光滑的，事实却令人吃惊。

最令人惊讶的发现是，“海底居然有一个连续的山脉，它整整环绕地球一圈”。“事实上，这是地球上最长的山脉。”更令人惊奇的是，海底存在断裂带，从与海底山脉成直角的方向被切割成许多块。这个发现意义重大，很显然海底不像以前认为的那么古老，它也与陆地一样受到火山和地震活动的侵袭。1960年，普林斯顿大学的哈里·赫斯创立了一个新的关于海底变迁的理论，在赫斯看来，海底有洋中脊（海底山岭）和平顶的水下“岛屿”（被称为“海底平顶山”）。洋中脊很明显正在上升，但是海底平顶山很显然正在沉没，它们的顶部可能曾经升出过海面，山顶可能是曾经受到侵蚀而变平的。这意味着海底岩石的密度比陆地的大，造成它们沉入上层地幔，地幔位于地球表面地壳和地核之间。上地幔和下地幔包含的物质密度从下往上逐渐增加。赫斯相信深海山脉肯定是因为一些内部力量被推上来的，然后再次沉没。他把这视为持续改变海底形状的巨大的“传送带”。海底不是平坦和静止的，而是在不断进行自我改造。

地壳运动示意图

剑桥大学的研究生佛瑞德·凡因听了赫斯的一次著名演讲后，把赫斯理论又向前推进了一步。凡因被派去分析英国测量到的印度洋的地磁结果，之后他获得了一个重要发现，那就是地球的磁场在地球历史上曾发生过多次反转。指南针现在所指的方向是北极，但是当磁场反转时，它所指的方向是南极。科学家发现，火山岩浆冷却成岩石时会捕获空气中的氩气，利用氩气的放射性衰变就可以测出岩石的年龄。加州大学伯克利分校的科学家对岩石年龄的测定结果表明，地球磁场确实大约每百万年反转一次。

1963年，凡因与他的督学德拉蒙·马修斯得出结论：在海底肯定有两条“传送带”，分别位于洋中脊的两边，滑向一边，每次当磁场反转时造成条形效应。一些科学家所做的进一步的工作支持赫斯和凡因的理论，阐明了海底的相邻部分经常不断地沿着断裂地带的边界彼此滑过对方。更有甚者，构成海底的岩石没有一块的年龄证明是超过2亿年的，比大陆的年龄几乎年轻10倍。

这种海底的滑动促使许多科学家开始重新思考长期被忽略的魏格纳的单一联合古陆的思想。如果在海底经常发生运动，大陆本身难道就不会移动吗？甚至连极其缓慢的移动也没有吗？许多地质学家和地球物理学家开始寻找能证明大陆确实在移动的证据。一些科学家在研究了1964年3月在阿拉斯加州安克雷奇发生的一场里氏震级为8.6级的大地震后认为，该地震发生区域的陆地上没有大的断层线，那么断层线肯定是在近岸的海洋中。一些地质学家指出，在世界上一些地区，海洋地壳正沉入地球内部，下沉的过程中，甚至可能挤入大陆地壳的下面，把大陆地壳抬起而造成地震。

地球的板块构造论由此诞生。大大小小的板块构成所谓的“岩石圈”，这是地球的外壳。人类生活所涉及的地壳只是岩石圈的顶部，平均约有354千米厚，这些岩石圈板块一直在运动。这种运动已经通过卫星被测量到了。这种运动速度很慢，通常每年不足半英寸（约1.27厘米），但是经年累月加起来，就很可观了。在不同地方，一个板块从另一个板块的上面经过（有时是互相经过对方）会造成板块突然失衡，结果会引发地震。两个板块施加在彼此之上的压力突然变得很大，有时必须释放——当一个板块或另一个板块断裂的时候，会发生大规模的地壳运动。

越进入地表更深处，科学的猜测性就越大。外部地壳在大陆部分为321千米厚，延伸到海底仅仅24千米厚。上地幔主要由橄榄石和过氧化物，还有石榴石等矿物质组成；下地幔也由相似的岩石组成，但密度更大，因为它承受的压力更大。这种高压力和地球深处的高温，是把碳变成金刚石的原因。金刚石在火山喷发中从下地幔喷射出来，被埋葬在熔融的火山岩浆中，冷却后成为玄武岩。科学家利用金刚石，把它放在高压和在实验室中用激光束照射产生的高温环境下，制造出极其少量的高密度的被称为钙钛矿的矿物结构，正是它组成了下地幔。

地幔之下是一个液态（熔融态）的铁和镍的外部核心，以接近太阳内部温度的状态在晃荡着——也许是猜想，有很好的理由相信这个猜想是对的，但是在这么深的地球内部，科学家只能依靠推测。人们猜测熔融的地球外部核心包围着一个由铁和镍组成的固态内部核心。为什么熔融的外部核心不能熔化内部核心？有人猜想可能在一些地方，外部核心地狱般的温度大大下降，这可能应归功于对流（它可以在实验室中以一种低得多的温度产生），造成最热的物质像羽毛一样向上运动，把顶部更冷的物质替换下来，然后这些物质冷却后又下沉到底部。

地球构造示意图

地球是一个“活”的星球，不仅是因为地球表面是由动植物构成的生态系统，还因为地球表面主要部分被水覆盖，动植物才能在这种平衡的大气系统中繁衍生息。也许因为是在太阳系中地球恰好具有多种条件成为一个固体星球——一个能保留水的具有坚固的表面的世界。

但是，就像宇宙的形成可能会是永远也解不开的世界之谜一样，对于地球深处在发生什么可能也是永远不得而知的。但是即使如此，也不会妨碍人们探究地球深处奥秘的兴趣，因为人对未知之谜是永远抱有好奇心的。