地球構造

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外大氣層向內的地球剖面圖。左邊的圖不按比例。

地球的結構同其他類地行星相似,是層狀的,而這些層可以通過它們的化學特性和流變學特性確定。地球擁有一個富含地殼,一個非常粘稠的地幔,一個液體的外核和一個固體的内核。這些對地球內部結構的認識來源於物理學證據和一些推斷,這些證據包括火山噴出的物質和地震波

概述[編輯]

地球結構可以由化學手段和力學的手段——例如流變學確定。物理學上,地球可劃分為岩石圈軟流層地幔外核内核5層。化學上,地球被劃分為地殼上地幔下地幔外核内核。地質學上對地球各層的劃分[1],按照自地表的深度,分別是:

深度(千米)
0–60 岩石圈(深度介於5公里至200公里之間)
0–35 地殼(深度介於5公里至70公里之間)
35–60 …地幔頂層
35–2890 地幔
100–200 軟流層
35–660 …上地幔
660–2890 …下地幔
2890–5150 外核
5150–6360 内核
利用地震波獲得地球的內部信息。

地球的各層可以由折射和反射的地震波的傳播時間間接得知。橫波不能通過地核,在其他的層中速度也不同。波速在不同層中間的變化遵守折射的斯涅爾定律。高速地震波引起的反射則和光波在鏡面上的反射類似。

地核[編輯]

地球的平均密度為5,515kg/m3。由於地表物質的平均密度只有約3000 kg/m3,因此我們可以得知,地球核心區域有密度更大的物質。關於地核的更多信息則來自於地震學研究。

地震學測量顯示,地核由2部分構成:半徑為1220公里的固體内核和裹在外面的液體外核,總半徑3400公里。固體核心是由英格·萊曼在1936年發現的,成分主要是

在45億年前的地球早期,高溫熔融的狀態使得較重的物質下沉到地球中心,較輕的物質上浮到地殼,這個過程稱為行星分化。地核的成分因此可以推斷為80%的,以及,以及一些輕元素。其他的重元素,例如,不是含量過少,就是同其他的輕元素結合而留在地殼里。核心甚至被認為是由鐵晶體組成。[2][3]

液體的外核包裹在核心周圍,成分也是鐵和鎳,還有少量的輕元素。

最近的研究顯示,地核最內部可能富含和其他親鐵元素[4]

組成地球的成分和普通球粒狀隕石和太陽外部的成分有很大關係[5] [6]。地球的成分同普通球粒隕石相似,而與另一種頑火輝石球粒隕石完全不同。在1940年初,包括弗朗西斯·伯奇在內的很多科學家在這個研究成果的基礎上建立了地球物理學。兩種隕石出現如此巨大的差異的原因是生成頑火輝石球粒隕石的環境必須是極端缺氧的環境。這使得親氧的元素部分或全部保留在和地核相同的合金中。

發電機理論認為,外核的對流,以及科氏效應為地球創造了磁場。核心由於高於居里溫度而不能保持一個穩定的磁場,但是可能對外核產生的磁場起到了穩定作用。

最近的研究顯示,核心可能比地球的其他部分轉得快[7]。在2005年8月,一些地球物理學家在《科學》上發表了一篇論文,稱地球的核心每年比地表多轉0.3至0.5度[8][9]

地幔[編輯]

地球的內部構造。1:大陸地殼;2:海洋地殼;3:上地幔;4:下地幔;5:外核;6:内核;A:莫霍面;B:古登堡面;C:萊曼面

地幔深度達2890公里,是地球最厚的層。地幔底部的壓強高達140×109(約140萬個大氣壓)。地幔由富含矽酸鹽岩石組成,和地殼相近。雖然地殼是固體,但是高溫使得矽酸鹽擁有足夠的延展性,以在很長時間內緩慢流動。地幔的對流在地面上體現為板塊運動。物質的熔點粘度隨著壓強的變化而變化。由於地幔越向下壓強越大,因此地幔上方的部分比下方的部分更容易流動(化學變化也可能起著一定的作用)。地幔的黏度介於1021-1024Pa·s之間,[10]。作為比較,水的粘度為約10-3Pa·s,而瀝青的黏度為107 Pa·s。

地殼[編輯]

地殼深度介於5公里至70公里之間,是地球最外層的結構。海盆下比較薄的海洋地殼是由含矽酸鹽岩石組成的。比較厚的大陸地殼則是由含的矽酸鹽岩石構成。由於大陸地殼的主要構成元素是矽和鋁,因此也稱為矽鋁層。同樣,海洋地殼被稱為矽鎂層。地殼和地幔的區別有兩部分。首先,地殼和地幔間有一個不連續面,導致地震波的速度變化,稱為莫霍洛維奇面,簡稱莫霍面。造成莫霍面的原因是面上方的岩石包含長石,而下方的岩石不含長石。第二,鐵鎂堆積岩和橄欖岩之間有一個化學不連續面。

很多構成地殼的岩石年齡在1億年左右,但已知最老的岩石年齡為44億年。因此可以推斷,地球在那時就擁有一個固體地殼。[11]

參見[編輯]

注釋[編輯]

  1. ^ T. H. Jordan, "Structural Geology of the Earth's Interior", Proceedings of the National Academy of Science, 1979, Sept., 76(9): 4192–4200.
  2. ^ Cohen, Ronald; Stixrude, Lars. Crystal at the Center of the Earth. [2007-02-05] (英文). 
  3. ^ Lars Stixrude and R. E. Cohen, "High-Pressure Elasticity of Iron and Anisotropy of Earth's Inner Core", Science 31 March 1995: Vol. 267. no. 5206, pp. 1972 - 1975 DOI: 10.1126/science.267.5206.1972
  4. ^ Wootton, Anne (September 2006) "Earth's Inner Fort Knox" Discover 27(9): p.18;
  5. ^ Herndon, J. M., The chemical composition of the interior shells of the Earth. Proc. R. Soc. Lond, 1980, A372, 149-154.
  6. ^ Herndon, J. M., Scientific basis of knowledge on Earth's composition. Curr.Sci., 2005, 88(7), 1034-1037.
  7. ^ Earth's Core Spins Faster Than the Rest of the Planet - New York Times
  8. ^ Kerr, Richard A. (26 August 2005) "Earth's Inner Core Is Running a Tad Faster Than the Rest of the Planet" Science 309(5739): p.1313;
  9. ^ Chang, Kenneth (26 August 2005) "Scientists Say Earth's Center Rotates Faster Than Surface" The New York Times Sec. A, Col. 1, p.13;
  10. ^ http://www2.uni-jena.de/chemie/geowiss/geodyn/poster2.html
  11. ^ Spaceflight Now | Breaking News | Oldest rock shows Earth was a hospitable young planet

參考資料[編輯]

  • Herndon, J. Marvin (1994) Planetary and Protostellar Nuclear Fission: Implications for Planetary Change, Stellar Ignition and Dark Matter Proceedings: Mathematical and Physical Sciences, Vol. 445, No. 1924 (May 9, 1994) , pp. 453-461
  • Herndon, J. Marvin (1996) Substructure of the inner core of the Earth Vol. 93, Issue 2, 646-648, January 23, 1996, PNAS
  • Hollenbach, D. F. ,dagger and J. M. HerndonDagger (2001) Deep-Earth reactor: Nuclear fission, helium, and the geomagnetic field Published online before print September 18, 2001, 10.1073/pnas.201393998, September 25, 2001, vol. 98, no. 20, PNAS
  • Lehmann, I. (1936) Inner Earth, Bur. Cent. Seismol. Int. 14, 3-31
  • Schneider, David (Oct 1996) A Spinning Crystal Ball, Scientific American
  • Wegener, Alfred (1915) "The Origin of Continents and Oceans"