探索地球中心的秘密

地球中心的成分是铁吗？

今天，人类对于火星的了解已经达到了一个很高的水平，但是人类对自己生活的所在星球的中心知道得却不多。实际上，今天人类对于地球这一部分的认识程度甚至比不上对太阳表面的认识，而我们与太阳表面的距离是我们与地球中心距离的25000倍。

2004年7月3日，数十位来自世界各地的科学家聚集在德国巴伐利亚召开“地球深处内部”研讨会。来自美国的地球化学家杰弗里·恩古伊恩(Jeffrey Nguyen)和尼尔·霍姆斯(Neil Holmes)认为：地球中心部分是一种我们未能得以鉴别的铁结晶。

早在1936年丹麦地震学家英格·莱曼提出：地球中心是一个直径为2 400千米的巨核，它的成分是固态铁和镍、硫、氧等元素，这个巨核跟月亮差不多大小。几十年以来，这位丹麦人的理论一直被人们认可。根据莱曼的理论，地球内核沉浸在熔融铁中，由铁水海洋组成的地球外核位于离地面5 100千米的地下；地球外核以外的一层地壳是地幔；地球内核的压力高达3 600亿帕斯卡(地面的压力仅为10万帕斯卡)；地球内核的温度达到摄氏6000度(该温度几乎跟太阳表面的温度相同)。没有人能够从实地去获得有关地球内核的数据，莱曼的有关地球内核的估计只是通过间接探测获得的。

地球中心是铀球吗？

为探索地球内部情况，地壳构造物理学家将地球核心产生的地球磁场作为主要的研究对象。随着研究的深入，400多年来，“固态铁组成地球内核”的论断、即“地球磁场现象表示，地球中央有一块巨大的与地球旋转中心轴呈11度偏角的偶性磁铁”，已经被大多数人接受。但是，今天一些地壳构造物理学家对此提出了质疑，因为科学研究至今没有证实在地球中央存在一块永久性磁铁，至于为什么会有偶性磁场产生，至今仍旧是个谜。

科学家利用地球磁场方向一直在变动这一自然现象来探究地球中心的奥秘。美国加州大学的物理学家理查德·马勒(RichardMuller)提出了一个惊人的设想：大多数磁场倒置现象产生于地球外核和地幔的结合部，地幔的沉积物下降到外核内，结果引发磁场紊乱。另一位美国地球物理学家马文·赫恩登(MarvinHerndon)在夏威夷发现火山岩中的3He和4He成分异常增多，而3He是核裂变的副产品，他的假设是：组成地球中心的不是铁，而是一个直径为8000米的具放射性的铀球，地球中心如同一个天然核反应堆，地球磁场方向的倒置就是由这只庞大的铀球进行的链锁裂变反应引发的。

然而，有一点可以肯定：地球中心不是一个巨大的火球。这一结论正好与大多数人所想象的相反。火山口喷发出的熔岩流使人们错误地以为熔岩流来自地球深处。而真实的情况是：火山喷发出的岩浆来源于位于离地球表面只有几千米的“地下岩浆室”。

关于钾组成地球中心的假设

早在20世纪70年代，美国行星学家马克·布可温斯基(Mark Bukowinski)第一次提出地球中心是由铁和钾40(40K)组成的假设。这个假设刚提出就遭到质疑，其原因很简单：钾40是不会在46亿年前地球形成的时候就已经存在于地球中心了。因为根据最盛行的地球形成假说，地球由年轻的太阳系中巨大的陨星吸积而成。

在此过程中，行星与陨星之间的撞击产生的热能使地球发生不完全融化，于是在引力的作用下，像铁那样的重金属就朝中心方向沉积，最后形成地核；而像硅酸盐那样的较轻元素则上升到外层，最后形成地幔。

按照这一理论，铁在向中心方向移动时没有能够携带钾40。但是，美国加州大学贝克利分校的地球物理学家卡纳尼·李(Kanani Lee)和雷蒙德·琼洛兹(Raymond Jeanloz)在2003年12月成功地研制出铁钾40合金：将纯铁和纯钾样本置于260亿帕斯卡(相当于地面压力25万倍)的压力和摄氏2230度条件下，结果两种元素很快结合起来，同时也表明了地球中心在其刚形成之时就有钾40的存在。两位科学家指出：很可能钾40占到整个地核组分的0.1%。这个数量看上去似乎微不足道，但它能够提供的热量占从地球上消失的全部热量的25%，因为极少量的钾40能释放大量的能。

探索地球中心的实验

朱勒·凡尔纳曾经想象有一支探险队经过艰难险阻最后到达地球中心，但是现实并没有那么浪漫，人类是不可能直接观察到地心的。因为那里的温度高达摄氏6 000度，压力达到3 600亿帕斯卡。迄今为止，人类所钻的最深的地洞是在俄罗斯的科拉半岛，该洞有12千米深。即使像这样深的洞，也仅仅到达地球的表皮，离6 350千米的深处还远得很。尽管如此，人类还是有可能通过间接的途径来探索地心。

研究地震的需要迫使我们去测探地球的深处。实际上，传送到地面的地震波经过具有不同物理和化学性质的介质，并通过介质反射或折射到地球表面。科学家通过分析全世界的地震仪记录下的大量地震波信息来掌握地球结构，特别是地球内部的液态外层核心部分和地球中心的固态核的结构和化学组分。由于地震波是沿着地球南北轴线方向快速传播，因此地震波必定经过地球中心，它也必定将地球核心的秘密揭示给地面上的人类。

早在20世纪50年代初期，美国科学家弗朗西斯·伯奇发现：地震波的速度与地震波经过的介质的密度有关。他根据地震波的变化，推断出地球内部的液态外层核心部分和固态地核的主要成分是铁。

近20年来，随着断层X线摄影技术的运用，科学家可以进一步看清地球内部的物质的异质情况。另外，地球物理学家在实验室里将物质置于高温高压条件下，观察物质的状态，由此来推断出地心的状况。

地球章动，即地球自转轴在绕另一轴线转动过程中产生的微小摆动，以及地球重力加速度或者地球磁场的变化，都透露出关于地球深处运动状态的信息。人类通过卫星能够探测到地球磁场的缓慢移动，从而可以得知关于包络地核的熔融铁海洋对流运动的信息，它们是地球物理学家研究地球中心的重要内容。

地球磁场对生物的影响

海龟是最勇敢的动物，为了能够寻找到一个合适的地方来生产，它们竟然在茫茫大海中游上数千公里。在地球磁场的指引下，海龟认准自己行进的路线。实际上，包括海龟、候鸟在内的很多种类的动物以及细菌等生物，它们的命运与地球核心活动有关。

既然地球磁场对动物产生影响，那么对人的健康也是如此！例如，磁力线可以保护人类免遭宇宙射线的侵袭。磁场就像一块盾牌，挡住那些来自太阳或者宇宙其他星体的带电粒子对地球的直接冲击。

地球磁力线使得包括质子、电子、离子化氦等在内的宇宙粒子在向地球行进时发生偏向，如果没有地核及其地磁，地球表面就没有防护宇宙粒子攻击的盾牌。磁场就像一张巨大的防空网，阻挡住了宇宙粒子对地球的轰击。如果地球上的生命直接暴露在宇宙放射性物质之下，势必遭受灾难性的后果。

天然磁场对人造设备的运行同样带来影响。例如，当地球上任何一个地区的磁场发生反常现象，在该地区上空运行的人造卫星就会受到影响。当遇到太阳活动加剧时，地球磁场受到干扰，于是引发磁暴。磁暴将使人造卫星内的电路工作不正常，导致通讯系统和电力网工作的短暂中断。

科学家关于地球磁场提出这样一个问题：地球磁场的作用是不是已经变小了？古地磁学家通过对固化熔岩晶体的研究做出推断：2 000年前，地球磁场活动达到最活跃的程度，以后又逐渐变小；实际上地球的北磁极和南磁极位置在一点一点地变动，直至相互换位。

地磁平均每年移动10公里，这对卫星影响很大。在巴黎放置的罗盘，400年里发生了30度的偏转。所以说，地球磁场既能保护地球，亦会给人类带来危害。

地表板块移动引发的地震，实际上是地幔运动的表面现象。过去人们错误地以为：地核是呈液态的，地核的外层是刚性的地幔。而法国地球物理学家马克·莫内罗(Marc Monnereau)则告诉我们：地幔自身的热和地核的热推动着地幔运动。