入地之旅，其路漫漫

王瑞良

人類在地球上生活了80萬(wàn)年，如今已建立起高度的文明。從微小的原子世界到浩瀚的宇宙空間，人們已經(jīng)有了很深入的了解。但是，對(duì)自己居住的老家——地球，特別是它的內(nèi)部到底是個(gè)什么樣子，人們卻并不十分清楚。

自2008年汶川大地震之后，近幾年來(lái)又先后發(fā)生了海地、智利、新西蘭和日本福島等大地震，痛定思痛，人們迫切地希望對(duì)地球內(nèi)部介質(zhì)和結(jié)構(gòu)有更多的了解，因?yàn)榈厍騼?nèi)部既是一切礦產(chǎn)資源的源泉，也是地震、海嘯和火山等自然災(zāi)害的發(fā)源地。

美國(guó)加利福尼亞理工學(xué)院教授、著名的行星科學(xué)家戴夫·史蒂文森認(rèn)為：我們?cè)谔剿魍鈱涌臻g方面已投入了巨大的人力物力，并已初步揭開(kāi)了它的秘密，為什么不可以向地下探索呢？

那么，史蒂文森教授等科學(xué)家到底有什么辦法可以“接觸”到地核呢？他們的方法行得通嗎？法國(guó)著名科幻小說(shuō)家儒勒·凡爾納所寫(xiě)的《地心游記》能變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)嗎？

地球內(nèi)部究竟是啥樣子？

由于多種探測(cè)手段的綜合運(yùn)用，人們現(xiàn)在對(duì)地球內(nèi)部的構(gòu)造（指地理結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成、物理性質(zhì)和狀態(tài)等）已經(jīng)有了初步了解。例如，現(xiàn)已知道，地球是分層的——最上層是地殼，地殼以下是地慢，核心部分是地核。

地殼各處厚薄不一，最薄處800多米，最厚處可達(dá)70千米，通常由花崗巖和玄武巖構(gòu)成。

地慢厚約2900千米，上部的組成成分與橄欖巖相近，下部則為密度較大的硅酸鹽和氧化物。在地慢上部有一個(gè)低速層，其溫度接近于巖石的熔點(diǎn)，因而在地質(zhì)力的長(zhǎng)期作用下可能緩慢流動(dòng)。地慢的下部則可能是可塑性固體。

圳亥的半祀絲勺為3485千米，分夕日亥和內(nèi)核兩個(gè)部分。內(nèi)核是固體，半徑為1 215千米，外核是液體。圳亥白勺主要成分是鐵、鎳，此外還有金、硫或硅等。在產(chǎn)生地球磁場(chǎng)的“地球發(fā)電機(jī)”中，地核扮演了極其重要的角色。模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，地核中心的溫度大約是6 8800C。它是46億年前，當(dāng)氣體、塵埃和構(gòu)成早期太陽(yáng)系的大塊物質(zhì)碰撞形成地球時(shí)產(chǎn)生的。此外，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，地核表面布滿凹凸不平的地帶，還充滿低密度流體，結(jié)構(gòu)與海洋相似。

探測(cè)地球的傳統(tǒng)方法

盡管人們對(duì)地球內(nèi)部的構(gòu)造已有所認(rèn)識(shí)，但只是大致的，并不很精確。正如史蒂文森所說(shuō)的：“我們現(xiàn)在只深入到地球內(nèi)部約10千米的地方，很少直接觀察到它的內(nèi)部活動(dòng)。我們并不知道地核的確切構(gòu)成，甚至不知道它的溫度究竟是多少。因?yàn)榈睾司嚯x地球表面大約有3000千米之遙。”

迄今人們對(duì)地球內(nèi)部構(gòu)造的認(rèn)識(shí)，主要是通過(guò)下面一些方法獲得的。

一是鉆井取樣，從中分析巖石的生成情況。現(xiàn)在世界上開(kāi)鑿的最深礦井只有3000米深，最深的鉆井也不過(guò)14千米左右，這只是地球表面極薄的一層，從中提取的只是破碎的巖石。

二是通過(guò)火山噴發(fā)出來(lái)的物質(zhì)，來(lái)了解地球內(nèi)部的物理性質(zhì)和化學(xué)組成。這也是間接的方法，而不是直接觀測(cè)地球內(nèi)部的情景。

三是借助地震儀，探測(cè)地球內(nèi)部的秘密。地震發(fā)生時(shí)，地下的巖石受到強(qiáng)烈沖擊，會(huì)產(chǎn)生彈性震動(dòng)，并以波的形式向四周傳播。地震波有縱波（P波）和橫波（S波）之分，前者傳播速度較快，可以通過(guò)固體、液體和氣體傳播;后者傳播速度較慢，只能通過(guò)固體傳播。科學(xué)家稱這種現(xiàn)象為地球內(nèi)部的各向異性。他們發(fā)現(xiàn)，在地下33千米處地震波有折射現(xiàn)象發(fā)生，因而判斷此處為地殼與下面物質(zhì)的分界面。后來(lái)，科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)在2900千米處，縱波傳播速度突然下降，橫波則完全消失，因而判斷此處存在著另一個(gè)不同物質(zhì)的分界面。正是根據(jù)這兩個(gè)分界面，科學(xué)家才把地球內(nèi)部劃分為地殼、地慢和地核三個(gè)圈層。

一個(gè)激進(jìn)的計(jì)劃

正因?yàn)橐揽總鹘y(tǒng)方法對(duì)地球內(nèi)部構(gòu)造特別是地核的了解極為膚淺，史蒂文森教授提出了自己的大膽建議：用1枚核彈或者幾百萬(wàn)噸火藥，在地球的某個(gè)地萬(wàn)炸開(kāi)一條裂縫。這條裂縫應(yīng)該有幾百米長(zhǎng)、約30厘米寬。然后，將1億到10億噸熔化了的鐵水注入其中。這樣，鐵水會(huì)借助巨大的滲透力，直接流向地核。再借助一系列橙子大小的耐熱探測(cè)器，把各種數(shù)據(jù)，包括地核的溫度、化學(xué)構(gòu)成和導(dǎo)電性等，通過(guò)某種低密度的機(jī)械波或聲波，傳送到地面（在這種情況下，無(wú)線電波將無(wú)法通過(guò)各個(gè)地層），供科學(xué)家分析研究。

史蒂又森的設(shè)想在權(quán)威雜志《自然》上發(fā)表后，立刻引起人們的極大興趣，但同時(shí)也有科學(xué)家對(duì)這個(gè)計(jì)劃的可行性提出質(zhì)疑。他們認(rèn)為用史蒂又森的萬(wàn)法把探測(cè)器送達(dá)地核，可能需要數(shù)干年時(shí)間，而且鐵水的用量驚人，花費(fèi)極大。最重要的是，在強(qiáng)大地核壓力的作用下，探測(cè)器直達(dá)地核裂縫的可能性不大，因而無(wú)法把數(shù)據(jù)傳送到地面。事實(shí)上，這個(gè)計(jì)劃提出后，至今未能實(shí)施。

重回傳統(tǒng)

史蒂又森教授的激進(jìn)計(jì)劃雖然未能實(shí)施，但這并沒(méi)有阻礙科學(xué)家前進(jìn)的腳步。美國(guó)伊利諾伊州立大學(xué)的科學(xué)家就稱，他們利用傳統(tǒng)的地震研究法，已經(jīng)基本揭開(kāi)了地核的奧秘，并首次成功地制作出地核的三維立體模型。

科學(xué)家運(yùn)用三維光線跟蹤法反復(fù)跟蹤并追溯穿過(guò)地核的地震波。他們發(fā)現(xiàn)，地核各向異性上有明顯變化，這種變化清楚地標(biāo)志了地核存在著分層。研究人員表示，地核的分層可能意味著地核中鐵的不同物理性質(zhì)或晶相。

研究結(jié)果表明，地核外層是由單鐵晶體組成，它們沿地球轉(zhuǎn)軸的排列度數(shù)各不相同。而地核內(nèi)層可能是由不同晶相的鐵組成，具有不同的排列模式。據(jù)有關(guān)專家分析計(jì)算，在以鐵、鎳為主要成分的地核中，僅金的含量就高達(dá)每噸2.6克，是地殼平均含量的600多倍，整個(gè)地球蘊(yùn)藏的黃金總量多達(dá)5000萬(wàn)億噸。地球真是一個(gè)“黃金礦球”啊，當(dāng)然，還有許許多多比黃金更重要的科學(xué)秘密，等待著科學(xué)家們?nèi)ソ议_(kāi)。正所謂：入地之旅，其路漫漫！