如果把地球比作一个足球,那么地壳的厚度还不到1毫米!
可能对地壳十分熟悉,但很难想象它到底有多薄,地壳的厚度其实仅有几十千米厚,而地球的半径在6300千米左右,相比之下地壳的厚度简直不值一提。可尽管如此,但直到今天为止,我们距离能够“穿透”地壳还非常非常遥远。南非的姆波尼格金矿井是世界上最深的矿井,也只有4000多米深。
历史上最深的人工洞是苏联在1970—1980年间在科拉半岛开凿的科拉超深钻井(图三),其深度为12千米左右,这已经是人类向地下发起的最深深度了,可相对于地壳厚度来说,依然只是皮毛。总而言之,从来没有任何人、任何东西见过地壳之下到底是什么样子!不过我们还是通过各种研究和模型,知道地下的一些东西。在地壳层之下就是地幔层,这一层的厚度在3000千米左右。从构成来看,地幔层和地壳层并没有特别大的不同。事实上,地幔主要是由硅酸盐岩石构成,即镁、硅、铁等的氧化物。地幔层的温度犹如炼狱,大概在1500℃至3000℃之间,其实地球内部的温度随着深度的增加而增加的,地幔的内部温度在2000℃左右,而地核的内部温度则达到了5000℃。
在一般情况下,岩石的熔点在800℃到1200℃之间,那么是否可以推断地幔中的岩石是液态的呢?问题的答案是否定的。因为对于岩石来说,受到的压力越大,就越难熔化,也就是说,岩石的熔点随着压力的增加而提高(图五),而分布在地幔层的压力,是大气压力的500万倍。在这么大的压力下,岩石的熔点不是1000℃左右,而是上升到了4000℃左右,所以在地幔层,岩石并不是液态的,而是固态的,巨大压力的存在使得岩石可以保持固态。既然地幔是固态的,那么为什么还有大陆板块漂移之说?这是因为地幔岩石呈现出的状态很像液体,但却是一种令人难以置信的黏稠状的液体,大概比蜂蜜还要黏稠10亿10亿倍。但这在地质期的时间刻度上(以数千万年计)来说,却足够认为地幔中的石头是像液体一般流动的。此外,还有一种地幔岩石的运动看上去很像液体运动:即对流运动。我们知道在一个空间中,热空气因为更轻所以会上升,冷空气因为更重所以会下降。
这一交换过程,在一些特定的条件下,会导致一种滚动现象,比如烧开水时看到的沸腾现象。而在地幔中也会发生这种现象,最热的岩石也最轻,于是它们会朝地表上升,然后在地表附近降温。这一降温过程增加了岩石的稠密度,又使得它们开始朝地心更深的地方沉降。整个过程跟我们平时烧水时的现象基本上一样,只不过它所花费的时间会更长。你可能还会感到疑惑,如果地幔真的是固态构成的,那么为什么还会有火山喷发呢?要知道喷射出来的岩浆看起来可都是液态的。这其实也是个压力问题,在地幔之中,岩石的温度非常非常高,而且处于巨大的压力之下,因此呈现的是固体状态,但同样存在“上下翻滚”的现象。当这些温度非常非常高的岩石上升到地表附近,尤其是从通往火山口的路线上升的时候,它们的温度依然非常高,但是压力会骤减,这会导致原本固态的岩石变成液态,进而以岩浆的方式喷发出来。从直观上来说,在我们向地心探索的过程中,可能会认为整个地球的内部结构应该都和地幔差不多:温度非常高的岩石,在高压的作用下保持固态。但实际上并非如此,科学家们通过地球重力场的强度和地球的大小,推算出了地球的质量和密度,得出的结果是地球的密度为5.5。
而一般来说,岩石的密度不会超过3,因此在我们脚下的深处,除了岩石一定还有别的什么东西,而且是比岩石要重的东西。这个东西就是金属铁和镍的混合物,处于半液体状态。前面我们提到,压力越大,物质的熔点就越高,那么地核中铁和镍虽然处在5000℃的环境中,应该也是固态的吧?并不完全是,因为金属比矿石的熔点更低,更容易熔化。其实我们知道的地核由两部分构成,一部分是在地核深处由于压力够大而保持固态的金属,另一部分则是在地核外层由于压力稍小而无法保持固态的金属。所以,地核就是一个巨大的金属球,核心部分在超级可怕的巨大压力下保持固态,并被包裹在熔化的液态金属之中。这些金属液体在地球自转的作用下运动,让地球产生了足以保持生命稳定的巨大磁场。还有一个问题可能会让你感到奇怪:既然以我们目前的技术,连地壳的皮毛都无法钻穿,那么我们是如何知道6300千米深处的地核是什么样的呢?这些信息其实都是根据地球表面上搜集到的陨石推测出来的,因为有些陨石是在和地球差不多的条件下形成的,可以为我们提供有关地球构成的宝贵信息。
如果把木星比作篮球,那么地球就如蚕豆般大小,木星的质量是其余7大行星质量总和的2.5倍,它是太阳系中体积最大、质量最大的行星!可尽管木星的质量与太阳相比相差甚远,但它对太阳施加的引力却足以牵引太阳,让太阳无法在太阳系的中心保持固定不变。木星与太阳围绕它们之间的一个点旋转,这一点位于太阳表面附近。木星出生并生活在太阳系的雪线之外。太阳系诞生于由缓慢旋转的气体、冰块和固体尘埃组成的云团。初生的太阳融化了离它最近的云层冰块,使其升华为气态。截至目前,太阳的增温作用也只局限在一定范围内,而冰块仍然存在于太阳系的外围区域,而这个“外围区域”就是雪线以外的区域。“雪线”这一术语源自地理学,雪线之上的山脉终年寒冷,积雪永不融化。在天文学中,它指的是行星系统中的结冰物质不会被主恒星融化的地带的轨道。在这条轨道之外,木星、土星、天王星和海王星这类巨大的行星诞生于46亿年前,它们不仅吸收未汽化的冰,还吸收氢和氦这类最轻的气体。氢和氦这两种最轻的气体是目前宇宙中最丰富的物质。在离太阳较远的雪线周围,当时的太阳星云含有大量这些物质。它们聚集在行星上会使其变大,让木星、土星、天王星和海王星成为了我们现在科学界所描述的“气态巨行星”。木星主要由氢和氦组成,它本身没有固体表面,从木星大气层的顶端向内,氢气和氦气的密度会越来越稠密,直至变成液体、固体。事实上,木星的核心是一个高密度的岩石内核,质量可能是地球的10~50倍。在云顶与内核之间,是一个密度逐渐增大的包括了氢气、氦气等气体的区域,可能还混合了岩石和冰块等物质。木星大气层顶端漂浮着五颜六色的云彩,沿着纬度线排列在明暗交替的区域中。带纹是交替上升和下降的大气气体,水滴和奇怪的化学物质颗粒将云层染成红色和黄色。目前关于这些化学物质的来源仍具有争议性,主流观点认为,是1994年的一场宇宙事件,将木星底层的物质带到了云层顶端。
1994年,被命名为“舒梅克—列维9号”的彗星碎裂成了20多块碎片撞向了木星,这些碎片在坠入木星大气层时的速度极快,导致坠入点暂时性地形成了一个中空。于是木星大气层下的气体涌了上来并喷薄而出,如同喷泉里的水。喷出的气体呈弧形流下云顶,云层下的深色化学物质显现了出来,这些物质中可能含有大量的硫、二硫化碳、氨以及硫化氢等硫化物,从地球望去呈现出了五颜六色的状态。大红斑是木星云层的标志。它呈椭圆形,东西长24,000~40,000千米,南北长12,000~14,000千米。这个椭圆可以轻松容纳整个地球,它其实是一场巨大的风暴,一个高压反气旋,远高于周围的云层。和地球一样,木星云顶之下约100千米处的潮湿云在大气的液态层相互摩擦,可以产生闪电。“旅行者1号”、“旅行者2号”以及“伽利略号”探测器飞过木星时,都发现了木星的闪电现象。