地壳会毁灭?流浪地球不可行?地质学告诉你答案!

2025年02月09日19:33:21 科学 1526

地球,是人类生存的家园,其内部结构与运行机制蕴含着无尽的奥秘。随着科学的进步,我们对地球的认知不断深化,而科幻作品则以独特的视角,为我们展现了地球在极端状况下的可能情景

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从宏观角度看,地球是一个多层次的系统,其结构复杂,物质分布不均地质学家借助多种科学方法,如钻探、震波探测、深部样本分析和实验室模拟等,依据不同深度物质的物理特性,将地球划分为不同圈层

其中,广为人知的是地壳、地幔和地核三层结构。但若深入探究地球的物态,会发现其圈层结构远比我们所熟知的更为丰富。

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地壳与地幔顶部共同构成了约 100 千米厚的固态岩石圈。在这一岩石圈中,存在着康拉德界面和莫霍洛维奇面,它们标志着地震波速和地壳密度的突变。

岩石圈主要由镁铁质岩石、长英质岩石和地幔橄榄岩组成,平均密度在 2.7 至 3.9 克每立方厘米之间,底部温度可达 1100℃,承受的压力为 1 吉帕岩石圈具有较大的切变模量和较小的体变模量

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而在岩石圈下方,是处于部分熔融状态的软流圈,其温度在 700 至 1300℃之间,主要由高粘度的“软物质”构成,状态介于流体与固体之间,且物质处于活跃的运动状态,与上下圈层保持着动态平衡。除去上地幔顶部的软流圈,上下地幔则是切变模量和体变模量都很高的固态层,温度在 1300 至 3700℃之间,压力在 7 至 135 吉帕之间。在探讨地球的各种可能性时,一些假设情况及其可能带来的影响不容忽视。例如,假设地球停止自转,这将引发一系列深刻的变化

在科幻作品《流浪地球》中,设定经过 42 年实现地球停止自转。尽管在漫长的地质时间中,42 年只是短暂一瞬,但对固体地球的影响却极为显著

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地球内部存在着几股强大的高温物质流动,从地核 - 地幔边界向上涌至岩石圈,这被称为地幔热柱。地幔热柱将地核和地幔中的物质与能量输送至岩石圈附近,对板块运动产生重要影响。

有学者认为,地球上海洋与陆地、高山与裂谷的形成与消亡,可能与地幔热柱的活动紧密相关。在板块的形成、发展与消亡过程中,伴随着无数次地震、火山喷发和岩浆活动,其中某些地质事件的强度可能远超人类记录,对人类产生不可忽视的影响

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当我们进一步探讨加速地球并将其推出太阳系的假设时,情况变得更为复杂。此时,地球内部的压力平衡状态至关重要。

地球的铁合金核心在极高压力下被均匀压缩,密度可达 12 克每立方厘米,体积仅为常压下铁合金的 60%。当启动行星发动机时,若岩石圈保持完整,发动机产生的剪切力会影响整个岩石圈,使其开始加速运动。

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然而,由于地球内部存在两个液态圈层,行星发动机的剪切力无法有效传递给这些液态物质,导致地幔和内核不会随之加速。
此时,地核与地幔的相互作用会使它们向岩石圈加速的反方向移动在这种情况下,可能会产生一系列严重后果在几个月到几年的时间内,地幔有可能突破软流圈和岩石圈的限制

即使我们侥幸将推力通过软流圈传递到地幔中部,液态外核的问题依然难以解决此时,由于地核向加速的反方向运动,靠近发动机一侧的地核压力会骤然降低,体积增大,而另一侧的地核体积则会减小,这将引发部分下地幔的压缩坍塌

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最终,地核可能泄漏到发动机一侧的地壳,而南半球的地壳可能被卷入地幔,以弥补下地幔的压缩损失。这样的结果可能使地球回到太阳系形成初期的火球状态。倘若我们设想将地球的两个液态圈层冷却至固态,这无疑是一项极其艰巨的任务。凭借地表 61 毫瓦每米的热导率,若采用自然冷却方式,冷却过程需要数十亿年。

即使采用某种手段间接加速地核和地幔的冷却,所需释放的热量也极为庞大。此外,即使地球内部成功冷却,由于从地表到地核的压力梯度高达 360 千兆帕,某些物质在常温高压下仍可能呈现液态或“软流”特征。

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因此,要实现地球的冷却固化,并确保在加速过程中的安全,极具挑战性。

通过对地球内部结构和各种假设情况的探讨,我们更加深切地认识到地球的复杂性和脆弱性。这也警示我们,在面对地球的未来时,我们必须更加审慎地思考和行动,充分考量人类在其中的角色以及可能带来的影响。

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