地殼會毀滅?流浪地球不可行?地質學告訴你答案!

2025年02月09日19:33:21 科學 1526

地球,是人類生存的家園,其內部結構與運行機制蘊含著無盡的奧秘。隨着科學的進步,我們對地球的認知不斷深化,而科幻作品則以獨特的視角,為我們展現了地球在極端狀況下的可能情景

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從宏觀角度看,地球是一個多層次的系統,其結構複雜,物質分佈不均地質學家藉助多種科學方法,如鑽探、震波探測、深部樣本分析和實驗室模擬等,依據不同深度物質的物理特性,將地球劃分為不同圈層

其中,廣為人知的是地殼、地幔和地核三層結構。但若深入探究地球的物態,會發現其圈層結構遠比我們所熟知的更為豐富。

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地殼與地幔頂部共同構成了約 100 千米厚的固態岩石圈。在這一岩石圈中,存在着康拉德界面和莫霍洛維奇面,它們標誌着地震波速和地殼密度的突變。

岩石圈主要由鎂鐵質岩石、長英質岩石和地幔橄欖岩組成,平均密度在 2.7 至 3.9 克每立方厘米之間,底部溫度可達 1100℃,承受的壓力為 1 吉帕岩石圈具有較大的切變模量和較小的體變模量

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而在岩石圈下方,是處於部分熔融狀態的軟流圈,其溫度在 700 至 1300℃之間,主要由高粘度的「軟物質」構成,狀態介於流體與固體之間,且物質處於活躍的運動狀態,與上下圈層保持着動態平衡。除去上地幔頂部的軟流圈,上下地幔則是切變模量和體變模量都很高的固態層,溫度在 1300 至 3700℃之間,壓力在 7 至 135 吉帕之間。在探討地球的各種可能性時,一些假設情況及其可能帶來的影響不容忽視。例如,假設地球停止自轉,這將引發一系列深刻的變化

在科幻作品《流浪地球》中,設定經過 42 年實現地球停止自轉。儘管在漫長的地質時間中,42 年只是短暫一瞬,但對固體地球的影響卻極為顯著

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地球內部存在着幾股強大的高溫物質流動,從地核 - 地幔邊界向上涌至岩石圈,這被稱為地幔熱柱。地幔熱柱將地核和地幔中的物質與能量輸送至岩石圈附近,對板塊運動產生重要影響。

有學者認為,地球上海洋與陸地、高山與裂谷的形成與消亡,可能與地幔熱柱的活動緊密相關。在板塊的形成、發展與消亡過程中,伴隨着無數次地震、火山噴發和岩漿活動,其中某些地質事件的強度可能遠超人類記錄,對人類產生不可忽視的影響

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當我們進一步探討加速地球並將其推出太陽系的假設時,情況變得更為複雜。此時,地球內部的壓力平衡狀態至關重要。

地球的鐵合金核心在極高壓力下被均勻壓縮,密度可達 12 克每立方厘米,體積僅為常壓下鐵合金的 60%。當啟動行星發動機時,若岩石圈保持完整,發動機產生的剪切力會影響整個岩石圈,使其開始加速運動。

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然而,由於地球內部存在兩個液態圈層,行星發動機的剪切力無法有效傳遞給這些液態物質,導致地幔和內核不會隨之加速。
此時,地核與地幔的相互作用會使它們向岩石圈加速的反方向移動在這種情況下,可能會產生一系列嚴重後果在幾個月到幾年的時間內,地幔有可能突破軟流圈和岩石圈的限制

即使我們僥倖將推力通過軟流圈傳遞到地幔中部,液態外核的問題依然難以解決此時,由於地核向加速的反方向運動,靠近發動機一側的地核壓力會驟然降低,體積增大,而另一側的地核體積則會減小,這將引發部分下地幔的壓縮坍塌

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最終,地核可能泄漏到發動機一側的地殼,而南半球的地殼可能被捲入地幔,以彌補下地幔的壓縮損失。這樣的結果可能使地球回到太陽系形成初期的火球狀態。倘若我們設想將地球的兩個液態圈層冷卻至固態,這無疑是一項極其艱巨的任務。憑藉地表 61 毫瓦每米的熱導率,若採用自然冷卻方式,冷卻過程需要數十億年。

即使採用某種手段間接加速地核和地幔的冷卻,所需釋放的熱量也極為龐大。此外,即使地球內部成功冷卻,由於從地表到地核的壓力梯度高達 360 千兆帕,某些物質在常溫高壓下仍可能呈現液態或「軟流」特徵。

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因此,要實現地球的冷卻固化,並確保在加速過程中的安全,極具挑戰性。

通過對地球內部結構和各種假設情況的探討,我們更加深切地認識到地球的複雜性和脆弱性。這也警示我們,在面對地球的未來時,我們必須更加審慎地思考和行動,充分考量人類在其中的角色以及可能帶來的影響。

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