主题：【25个科学问题征文】大地内部如何运作？ -- MacArthur
家园 【25个科学问题征文】大地内部如何运作？ Richard A. Kerr
板块构造论只能解释这么多 - 的确，对于地球上大部分地壳结构它都能给出合理解释。但这就象光看到大笨钟表盘怎么运动的 -- 表面之下还有很多需要了解，诸如它是怎么运行的，为什么... 对于地球而言，板块之下尚有6300公里厚的岩石和铁矿流。它们之间互相搅动，形成了地球热核的运动机理。地壳板块之间碰来撞去，就如同大笨钟表盘上转动的指针：虽能有所指示却无法揭示其内在的驱动机理。
外链图片需谨慎，可能会被源头改地球学家们沿用了前板块理论时代学者们的简单模型：地球就象个大洋葱。从地核深处传来的地震波表明，在千疮百孔的地壳之下，是2800公里厚的岩石地幔，再往下就是厚达3700公里的液态铁流 -- 在地核中心反倒是固态铁。地幔还可以细分为地表以下670公里厚的上地幔和下地幔 -- 下地幔最底层几百公里厚处有迹象表明可能又是一层。
经历了板块革命后，“洋葱”模型仍在发展壮大。目前主流观点认为：以地表下670公里处为界，地球内核可被认为是一个三层动力核。距地表670公里往上，地幔就像平底锅里的开水一样在缓慢蠕动，在大洋中脊喷吐出热量和岩石，形成新的地壳；经由深海海沟吞噬那些冰冷的旧岩层来冷却内部。670公里层以内喷吐出的热岩浆可以在地表形成象夏威夷那样的活火山。但是热岩浆不可能从670公里层下喷涌上来 -- 同样，冷却的岩层也不可能沉降到670公里层之下。另外有少数人则认为，地幔就象一口深煮锅里沸腾的水一样不停涌动，熔岩可从地核直涌地表。
四十年来，人们使用越来越高级的震波成像技术对地球内部进行探索，结果非但没有平息争论，反而愈加令地核模型复杂化。成像表明，670公里层并非不可逾越。岩板虽有困难但仍可穿透此层。分层学说的支持者们适时地放弃了670公里层，转而提议将此层划分到1000公里或者更深处。或者，只有一层不太明显的半透地层，只让最强劲的沉降层/岩涌通过？
震波成像同时也描绘出在非洲和太平洋下分别有一大团地幔岩，就象活塞一样(所谓地幔热柱）。学者们尚不清楚它们到底是因为比周围热而靠自身浮力升起来的，还是因为冷而沉降下来的，抑或干脆就是被附近的岩涌流给带上来的。薄薄一层半融岩石点缀在幔岩底部，似乎在标示着岩涌的底部，又似乎什么都不是？（圣母马利亚呀，救救偶吧... 连作者都不知道自己在说什么了，偶就更糊涂了...） 地球化学家们从幔岩的化学成分和同位素分析中发现，有五个长寿熔岩湖至少经历几十亿年而没有被搅和到地幔中去。但他们根本不知道在漫漫的地幔中何处寻找这些熔岩湖。
我们如何才能拆解地球运动这台越来越复杂的机器，来发现其运动机理？继续做更多的研究，和更多的耐性。毕竟，板块理论半个多世纪前才刚成形。那些先行者们则必须钻研海床以下更深的地方。
随着更好的地震探测器在地球表面均匀分布，震波成像技术将继续提高。震波数据已经能够分辨温度和成份之影响，描绘出一幅更加复杂的地幔结构图。矿物物理学家们在实验室里发现地幔深处岩石的更多成份参数，以供诠释震波资料 -- 但仍然受制于对于地幔成份之无知。模型学者们根据地震、矿物研究和细微地理观察资料，将会更精确地描绘出整个地热机制。再过40年或许就有答案了。
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