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人类是怎样认识地球内部结构的?

(2017-08-18 09:31:43)
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杂谈

        人类认识地球的内部结构,经历漫长的过程,我国古代著名的天文学家张衡提出浑天说,认为‘天之包地,由壳之裹黄’,在一些人的想象中,地球就像鸡蛋一样有外壳,蛋白和蛋黄。
        然而,对地球内部结构的具体的,科学的认识只有到近代,依靠科学的發展才有可能。人们通过地下温泉的研究,火山喷发的研究,得之地球内部一定很热,而且随深度增加,温度也随之增加。
        中国指南针的发明,证明地球存在南北指向的磁场,从而进一步证明,地球内构成中铁具有相当大的含量。
        研究地球围绕太阳的运动,根据牛顿万有引力公式,可以计算地球的总质量,及地球体积。从而得出地球的比重,由地球比重可推出地球主要构成元素。
        然而地球内部结构的认识,主要是根据对地震所产生的纵波和横波传播时,在不同介质中所引起的折射和传播速度变化中计算出来。
        克罗地亚科学家安德烈-莫霍罗维奇计算地震纵波和横波速度,从而发现地壳和地幔的边界,后来这个边界被命名为莫霍罗维奇不连续面,简称莫霍面。
        德国科学家本诺-古登堡根据地震研究,指出地核的存在,并测定了地核界面,后来被命名为古登堡不连续面,它在地下2900公里处。
        从而地球结构基本明确为由地壳,地幔和地核构成。进一步研究,又将地幔分为上地幔和下地幔,将地核分为外地核和内地核。地核是地球的核心部分,位于地球最内部,半径约为3470公里,主要由铁,镍元素组成。平均密度大约10,7克/厘米3。温度非常高摄氏4000-7000度,压力可达360万大气压。在此压力下内地核呈固体状态。
        对地壳影响最大的是地幔的岩浆。从火山喷发可知地幔主要由岩浆所构成,岩浆是液态或糊状的熔融岩物质,通过冷却和结晶作用变为火成岩的物质。
        由于岩浆的温度很高,内压力很大,因而岩浆本身具有极大的物理-化学活动性。它可以顺着地壳薄弱地带侵入上部,或者沿着构造裂隙喷出地表。岩浆这种向着地壳上层压力减少方向上升的运动,称为岩浆活动。
        火山在活动时,不但有蒸汽,石块,晶屑和熔浆团自火山口喷出,而且还有炽热粘稠的熔融物质,自火山口溢流出来。前者称为挥发分和火山碎屑物质,后者则叫熔岩流。含挥发分的高温粘稠的岩浆主要成分为硅酸盐熔融物质。喷出地表的岩浆成为喷出岩,侵入地壳中的称为侵入岩。
        根据现代火山喷溢而出的熔岩得知,硅酸盐是岩浆的主要成分。其中SiO2的含量在30-80%之间,金属氧化物如Al2O3,Fe2O3,FeO,MgO,CaO,Na2O等占20-60%。其他重金属等总量不超过5%。此外岩浆中还含有一些挥发性组分,其中主要的是水,二氧化碳,硫化氢,氟和氯等。
        现代地质钻探技术的发展,可以进一步提供地球内部信息,上天容易,入地难,要经受地下高温和高压的考验。但经过人们努力,俄罗斯于2011年在库页岛达到创纪录的钻探深度12345米,离地壳平均厚度33000米还有相当大的距离。
        现代地壳板块学说指出,地壳浮在地幔岩浆之上,除受岩浆浮力和地心引力外,由于地球围绕太阳旋转,既有太阳万有引力作用,还有离心力作用;月亮对地球的万有引力作用;地球自转离心力水平作用;地球上水,风剥蚀及搬运,沉积等影响。
        从而影响地壳板块既有水平运动,又有垂直运动。水平运动,沿平行于地球表面方向的运动。也称造山运动或褶皱运动,这种运动常常可以形成巨大的褶皱山系,以及巨型凹陷,海沟等。
        垂直运动,又称升降运动,造陆运动。它使岩层表现为隆起和相邻区下降,可形成高原,断块山及拗陷,盆地和平原。还可引起海侵和海退,使海陆变迁。

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