地球的内部是什么样的(地球的内部是什么的)

当您想到地球科学时，您可能会想到“实地考察”。尤其是研究岩石、地质时，需要到山、河、海中去采集有趣的岩石、观察地层。

然而，有些领域是任何实地调查都不能触及的。是“地球内容”。事实上，人类连深入地壳到达地幔的经验都没有。

尽管如此，我们仍然经常看到描绘地球内部正在发生的事情的图像。书中写道，“地幔是由橄榄岩构成的”、“地核是由铁构成的”等。阐明这一事实的是地球科学界的“椅子上的人”，即地球科学家的主要研究对象。战场就是实验室。

所谓“大陆”

嗯，正如前面提到的，地壳的岩石相对容易获得并且已经得到了很好的研究。此外，大陆地壳和海洋地壳（下）也不同（大陆地壳和海洋地壳之间有明显的区别）。

这里需要注意的是“大陆”这个词的使用。一般来说，字面意思是“大地”，指的是欧亚大陆和北美洲。

在地球科学中，“大陆地壳”是大陆，与一般的“大陆”不一定一致。换句话说，仅仅看世界地图是不可能知道大陆地壳和海洋地壳之间的边界的。

大陆和海洋的差异

大陆地壳和海洋地壳是完全不同的东西。它们组成的岩石类型各不相同。此外，各层的厚度也不同。而且古旧程度也不同

大陆地壳主要由花岗岩组成，海洋地壳主要由玄武岩组成。虽然它们都是岩浆冷却凝固后形成的岩石，但岩浆的性质和冷却速度是不同的。花岗岩是由含水量高、温度低（700800）的岩浆缓慢冷却凝固而成。玄武岩是由不含太多水分的高温（喷发时约1200C）岩浆迅速冷却凝固而成。

岩石成分的差异导致大陆地壳和海洋地壳之间的密度差异。大陆地壳的密度为每立方厘米2.7克，海洋地壳的密度为3.0克。大陆地壳轻，海洋地壳重。

尽管与密度差异有关，但大陆和海洋地壳的厚度差异很大。各地洋壳的厚度大致相同，约为6公里（相当于地球半径的千分之一左右）。大陆地壳的厚度也因位置而异。粗略地说，山脉下方的大陆地壳很厚。平均约30公里。

地幔出现在地表的地方

综上所述，我们对地壳有了比较深入的了解。下面的地幔呢？它隐藏在地壳之下，很难观察到。

但也有地幔裸露的地方。板块之间的碰撞导致其向上翻滚。

所谓板块，就是覆盖在地球表面的十几块坚硬的岩石板。它由地壳和地幔的最上部以及其下方的一些流体区域组成。

每个板块都朝不同的方向移动，因此到处都会发生碰撞。碰撞的结果是，其中一块板块翻倒，露出了构成该板块的地幔的最上部。

在这些地方发现的地幔岩石被称为橄榄岩。这是以黄莺色(橄榄色)的美丽矿物(橄榄石)为主体的岩石。在可以观察到风化不严重的幌满岩体的地方，就可以找到这种黄莺色的岩石。

橄榄岩的密度约为每立方厘米3.3克。地幔由比地壳更重的岩石组成。

来自地幔的礼物

地震波观测表明，地幔将延伸至地下2900公里。板块碰撞带暴露的地幔深度最多只有100公里。可以得到下列物质吗？

在某些地方可以获得地幔深处的材料。

比如火山。从地幔深处喷出岩浆的火山有时会获得岩浆带来的地幔岩石。

岩浆是岩石融化时形成的液体。地球内部的一个地方，部分岩石熔化形成岩浆。岩浆比周围（未熔化）的岩石轻，并且有浮力，导致其上升到地表。事实上，地壳是由部分地幔融化，然后在地表冷却凝固而形成的。可以说，地幔与地壳有着父子关系。如果追根溯源，大陆地壳也是来自地幔中的岩浆。

开采钻石矿的地方也是地幔深处岩浆喷发的通道。

众所周知，钻石是碳的结晶。碳以二氧化碳和甲烷的形式存在于地球内部，在地球内部的高压下被还原或氧化形成钻石。需要多大的压力？相当于50000个大气压以上的——，深度超过150公里。

钻石矿相当于150公里深的地幔岩浆通道。相反，在钻石矿中，可以获得随钻石上升至150公里以上深度的地幔物质。

在这个深度，橄榄岩仍然是地幔的主要成分。

高压高温实验

我们能否获得比地幔更深的物质？遗憾的是，自然界获得的地球深处岩石的深度最多也只有200公里。没有机制可以将更深的岩石输送到地表。

因此，地球科学家继续面临在实验室中在自然界无法达到的深度合成深部地幔材料的挑战。

地幔内部的化学成分被认为是大致均匀的。从元素的角度来看，任何深度都没有太大区别（很难想象特定元素集中在特定深度）。所以，如果我们取从大自然中获得的橄榄岩(橄榄石)放在地幔深部的温度和压力条件下，应该就能合成出那个深度的主要矿物。在这个想法的指导下，地球科学家开始了高压高温实验。

高压和高温实验有多种方法。共同点是对样品（矿物质等）进行研磨。区别在于要研磨“什么”。有气体、金属等可供选择，并根据预期压力使用。地幔底部（深度约2900公里）的压力为136万个大气压，地心的压力为364万个大气压。

最深处地幔矿物的发现

事实上，地幔深处的材料已经通过高压高温实验合成出来。

如果橄榄岩受到加压，它会在150,000个大气压下转变成不同的矿物（相变）。15万个大气压的压力相当于地球内部410公里深处的压力。黄鹂色橄榄石相变形成的矿物称为沃兹里艾特，呈深绿色。

如果是沃兹里艾特加压，会在18万大气压(相当于520公里深度)下发生相变。深绿色的沃兹里艾特变成了紫色的林乌迪特。

通过高压实验，确定地幔中的主要矿物质随深度而变化。当然，我想挑战自己更深的深度，但用金属加压的方式是有限的。如果施加太大的压力，金属本身就会变形，无法释放更大的压力。即使是碳化钨这种最硬的金属，30万个大气压也是极限。

为了了解地幔的深度，需要更坚硬的材料。那里用的东西都是钻石。

用钻石压扁

金刚石是世界上最硬的物质。

通过使用金刚石细胞装置的实验，发现尖橄榄石在下地幔压力（24万个大气压以上）的作用下分解成两种矿物（1974年）。这两种矿物是桥石和二茂铁。桥石是地球上最大量的矿物，据估算，全部加起来几乎占地球体积的一半。另外，与其他矿物相比非常坚硬，颜色呈浅茶色。

地震波观测数据表明，地幔内部2600公里深处存在某种层边界。尽管对层界形成的原因一无所知，但普遍认为主要矿物一定发生了相变。验证这一猜想的唯一方法是使用——钻石单元装置达到相当于2600公里深度（120万个大气压）的压力，为桥晶体加压。

2002年，科学家们终于成功地对桥晶体施加了125个大气压，证实了桥晶体向另一种晶体的相变。这一结果（Murakamietal.2004）发表在2004年春季杂志《科学》的封面上。

我们在地幔最下部（深度2600至2900公里的区域）发现的主要矿物被称为“后钙铁矿”。其晶体结构非常清晰。由于其云母状的层状结构，具有易于传导电和热的特点。然而，释放压力时晶体会受到损坏，因此无法将其从金刚石组装装置中取出并进行观察。因此，颜色尚不清楚。

尽管这里没有详细说明，但通过阐明地幔最下部主要矿物的物理特征，极大地推进了对地幔内温度分布以及岩石地幔和金属核相互作用的理解。您了解高压实验在地球科学中的重要性吗？

使用金刚石细胞装置进行高压实验的结果不仅限于合成地幔的主要矿物。例如，它在揭开地幔下地核之谜方面也发挥着重要作用。我们实验室在2010年成功对地心（364万个大气压）施加压力，不仅是地幔，还有关于地核的重大发现都值得期待。