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12 流动却坚实的地幔、冰川、熔岩





“砰”的一声,整个机身都在颤抖,发出的声响像是一千个橱柜同时被关上。当机长切断飞机发动机的动力时,我们的身体都向前倾斜,并勒紧了安全带,而我们的着陆速度从每小时130英里骤减到70英里、40英里、15英里,直到我们滑出了跑道。机舱里顿时洋溢着轻松的氛围,有几个人拍着手说:“我们又回到了坚实的地面上。”

尽管用“坚实”形容地球并不是很准确,因为就行星而言,地球并不是特别坚固。它最初是一个由热液体构成的球,经过一亿年的冷却才在外部形成了一层薄薄的岩石地壳。这发生在大约45亿年前,从那时起,我们的星球就一直在冷却,但内部还是液态的。正是地球内部这些动态流动的液体,创造出保护性的地球磁场,并由此维持了地球的生命。不过,流动性同时是一种破坏力,它导致了地震、火山爆发以及构造板块的俯冲。

在地球的中心,确实存在着某些坚固的东西——一个由铁和镍构成的金属核心,其温度大约是5  000℃。即使在这个高于正常熔点数千度的温度下,它也依然是固体,这是因为地球中心的巨大重力迫使液体形成了巨大的金属晶体。地核周围是一层熔化的金属,主要成分依然是铁和镍,厚约2  000千米。在这个地球内部的金属海洋中,不断流动的电流成了地球磁场产生的原因,而这个磁场非常强大,它不仅延伸到地球表面,让指南针为我们导航,还蔓延到了遥远的太空。在那里,地球的磁场如同一块盾牌,起着至关重要的保护作用,让我们免遭太阳风和宇宙射线的侵袭。如果没有地球的磁屏蔽,这些射线会剥夺我们的大气与水,并很可能毁灭地球上的所有生命。行星科学家认为,火星早在一段时间前就失去了磁屏蔽,所以它没有大气层,成了一颗寒冷而死寂的行星。



流动的地幔


包围着我们这片液态金属海洋的是一层岩石,其温度在500℃到900℃之间,这便是地幔。在这样炙热的温度下,岩石在数秒、数小时乃至数天的时间里表现得像固体,但在经年累月的时间里表现得像液体。换句话说,这些岩石即便没有熔融也依然会流动,我们称之为蠕动流。岩石地幔的主要流动方式是对流,靠近液态金属海洋的热岩石上升,而靠近地壳相对较冷的岩石会下沉。这和你加热一盆水时看到的流动现象是相同的,水盆底部的热水膨胀,比水盆顶部较冷的水密度更小,于是冷水就会下沉并替代热水。

地幔的顶部便是地壳,它就像地球的皮肤。这是相对较薄的一层,由冷却的岩石构成,厚度为30~100千米,被地球上所有的山脉、森林、河流、海洋、大陆还有岛屿覆盖。此时随着飞机广播再次响起,航班的机组人员确认,我们刚刚降落在了地面上。

“女士们,先生们,欢迎来到旧金山机场,现在当地时间是下午3点42分,地面气温为3℃。为了您的安全与舒适,请系好安全带,直到机长熄灭安全带标志。”

在这一刻,回到地面的轻松感可能会让你觉得,支撑我们生活的地壳是一个稳定的固体,我们可以放心地依靠它。不幸的是,事实并非如此,地壳基本漂浮在下面的地幔流体上,更不稳定的是,它是由一些独立的部分构成的,我们将这些部分称为构造板块。地幔的对流作用力使周围的构造板块发生移动,并导致它们在互相碰撞时发生扭曲。地球上一共有7个主要的板块,它们通常与各大陆排列在一起,比如,北美板块包括北美洲、格陵兰岛,还有北美与欧亚板块之间的所有海床,而欧亚板块包括大部分欧洲。所有的构造板块都在移动,但是方向各不相同,它们相遇的地方被称为断裂带,是板块碰撞带。当板块挤到一起的时候,它们就会抬升并形成山脉。而当板块分离的时候,新的地壳形成,而熔岩会从下面的地幔中喷射而出。断裂带也是大地震最容易发生的地方。

我很肯定,与我同行的旅客们都知道危险。如果他们居住在旧金山这样的地方,怎么可能不知道呢?这座城市坐落在北美板块与太平洋板块的断裂带上,爆发大地震的历史非常悠久,以后还会出现更多。1906年,一场地震摧毁了这座城市80%的区域,造成3  000多人死亡。接下来,1911年又有一场,1979年还有一场,然后是1980年、1984年、1989年、2001年和2007年,这些还都只是大地震。在同一时期,地壳中还有很多比较小的扰动。生活在旧金山这样的地方,你就会更清楚地明白,了解地球的流体动力学是多么重要。它不但解释了大地震为什么会在某些地区频繁发生,而且能帮我们认识另一个极其重要的相关参数——海平面。