文/李忠东

科学界通常认为，太阳系是46 亿年前从一片气体尘埃云中诞生的。其中一部分尘埃从太阳内部甩出来，在引力的作用下，随着气体的相互作用，不同密度的物质开始分离，收缩成为地球。同其他类地行星相似，这颗内部类似洋葱的巨大岩石行星不是一个均匀的固体，结构是层状的……

内部结构错综复杂

作为最外层，地壳呈现出高低起伏的形态，成为人类赖以生存的地方。它实际上由多组断裂的、大小不等的固态岩石块体组成，包括沉积岩、岩浆岩和变质岩。地壳约占地球半径的1/400，占地球总体积的1.55%，占地球总质量的0.8%。其中，海洋地壳主要由玄武岩和陆壳组成，平均厚度约8 千米。大陆地壳主要由花岗岩组成，平均厚度约32 千米。目前，世界上最深的钻孔也不过12 千米，是1970—1993 年在科拉半岛钻孔约12.3 千米所保持的世界最深钻井纪录。理论上认为，地壳内的温度和压力随深度增加，每深入100 米，温度升高1℃。近年的钻探结果表明，在深达3 千米以上时，每深入100 米，温度升高2.5℃。到11 千米深处，温度已达200℃。

地壳的下一层是非常黏稠的地幔，分别占地球体积和质量的82.3%和67.8%，是地球内部体积、质量最大的一层，厚度约为2 900千米，横向变化比较均匀。它可分成上地幔和下地幔两层。上地幔顶部存在一个软流层，推测是由于放射元素大量集中，蜕变放热，将岩石熔融后造成的，可能是岩浆的发源地。软流层以上的地幔部分和地壳共同组成了岩石圈。下地幔的温度、压力和密度均增大，像半熔融的岩石一样流动。半熔融层则称为软流圈，岩石圈在它上方滑动。

地幔下面是地核，平均厚度为3 400 千米。科学根据地震波的传播特点，将地核分为外地核、过渡层和内地核。外地核的厚度为1 742 千米，平均密度为1 0.5克/立方厘米，物质呈液态。过渡层的厚度只有100 多千米，物质处于由液态向固态过渡的状态。内地核厚度为1 216 千米，平均密度增至12.9 克/立方厘米，主要成分是以铁、镍为主的重金属，所以又称铁镍核。地核是地球的核心部分，质量占整个地球质量的31.5%，体积占整个地球体积的16.2%，体积比太阳系中的火星还要大。

经过测算，地球的现有质量大约是60 万亿亿吨，地核的温度和压力都很高。科学家用实验方法推算出地幔与地核交界处的温度为3 500℃以上，外地核的温度非常高，外侧约4 400℃，越向内越高，接近内地核处达到约6 100℃。穿过外地核就到达了内地核，你很难想象这个地球最热部分的温度究竟有多高， 竟然达到5000 ～7 200℃，比太阳表面的温度还要高。即使如此高温，内地核仍然完全是固态的。

地核处于地球的最深部位，受到的压力比地壳和地幔部分要大得多。在外地核部分，压力已达到136 万个大气压，到了核心部分便增加到360 万个大气压。在这种高温、高压和高密度的情况下，地核内的物质既具有钢铁那样的“刚性”，又具有像白蜡、沥青那样的“柔性”（可塑性）。这种物质不仅比钢铁坚硬十几倍，而且还能慢慢变形、流动而不会断裂。科学家做过一次实验，在每平方厘米承受1 770 吨压力的情况下，最坚硬的金刚石会变得像黄油那样柔软。

地核为何如此炽热

我们很难想象，位于地球最内部的地核具有如此高的温度，而且从地球诞生以来就一直如此。那么，如此多的热量如何产生的呢？

据科学家研究，地核如此灼热首先源于地球形成时的吸积过程。太阳系形成时，地球开始绕着太阳运行，一些陨石和其他物体在强大的引力作用下聚集在一起，形成了巨大的行星。每当这种吸积过程发生时，就会产生巨大的热量，就像两个物体碰撞时产生热量一样。想象一下，当锤子敲打石头时，是不是锤子和石头都变热了呢？这些热量足以加热地球到熔融状态，至今也没有完全消散，大约占现在地球内部总热量的10%。

其次是摩擦加热，由密度较大的核心物质下沉到地心引起。行星形成过程结束后，物质开始根据密度分成不同的层。高密度富铁物沉淀在地核中，这一过程也会产生大量热量。热量只能通过地壳消散，但由于板块构造如同毯子一样，而地幔又不是一个特别好的热输送器，因此这些热量就会在地核停留很长一段时间。

再次为放射性元素（比如铀）的衰变，这些热量约占地球核心温度的90%。放射性衰变导致了子体同位素的形成，而这是一个放热过程，正是这些热量使地球无法完全冷却下来。地壳和内部的许多岩石都经历了这种放射性衰变过程，会产生亚原子粒子，它们会被压缩，然后与地球内部的物质发生碰撞，动能转化为热能。如果没有这个放射性衰变的过程，就不会有那么多的火山和地震，也就不会有那么多的地球山脉。

地球本来就很热，同时自身也能产生热量，但最重要的是地球“保温”能力很强。地球核心通过地球液体外核和固体地幔内部的热量“对流”输送和非对流边界层(如地表的地球板块)的较慢的热量“传导”输送，实现热量流失，但这需要很长时间。因此，从地球最初形成开始，地球上的大部分原始热量就被保留了下来，自己产生的热量也流不出去。

在过去的几十亿年里，虽然地球的温度可能下降了几百摄氏度，但在内部，自己产生的热量接近稳定的温度状态。换句话说，自从数十亿年前地球形成以来，它一直在失去热量，但现在它产生的热量几乎和它失去的一样多。幸运的是，到达地球表面的热量不足以显著地影响我们的气候，而有的热量快速地辐射到外太空。然而，热传递在每个地方各不相同，正如地温梯度（每向下100 米或1 000 米温度增高的数值）因地而异一样，热流动亦是如此，在靠近年轻的火山和活跃的温泉附近最大，而在最古老及最不活跃的地壳附近则是最小。科学家认为，炽热的地核并不“孤独”，与其他地质层混合在一起。最新研究表明，地球最深处的地核物质已泄漏到地幔柱长达25 亿年，并且部分最终会到达地球表面。

地核灼热源于地球形成时的吸积过程

地球磁场模拟图

地核冷却不堪设想

虽然地核的温度堪比太阳，但它所起到的平衡作用对于维持地球上包括人类和动植物在内的所有的生命至关重要。完全呈液态的外地核一直在流动，这种运动所产生的对流便是地球磁场形成的原因，而内地核有助于磁场的稳定。地球磁场反过来又保护了地球生命免受太阳耀斑的影响，维持了适宜居住的大气层。另外，外地核的对流以及外地核产生的热量会使其上方特别是地幔的构造发生运动，有助于板块移动，从而导致大陆移动和新的陆地产生。

如果地核温度降低，固体或液体的状态受到影响，地球就会变成一个寒冷且毫无生命力的星球，人类世界也将随之陷入黑暗之中，生命可能将无法生存或茁壮成长。事实上，我们需要地核保持炽热的状态，这样才能保护地球免受具有潜在危害性的太阳风以及星际碎片的伤害。

地核冷却会使人类失去环绕地球的磁场，这个屏障保护地球免受宇宙辐射的伤害，这一层保护盾是由不断运动的铁引起的对流过程而产生的。就像地球本身一样，地核也在不断地旋转，一些科学家认为它的旋转速度甚至比地球的其他部分还要快。摩擦力使动能转化为能够形成磁场的电能和磁能，从而令太阳发射出来的有害带电粒子向南北两极偏转。

失去磁场会对地球上的生命产生多大的影响，目前尚不清楚。一种观点认为，可能会受到辐射波的冲击，使地球过热而无法居住，太阳光的大幅度增加可能导致癌症发病率的上升。而另一种看法指出，我们可能会遇到能够横扫一切的太阳风，会像那些席卷火星、金星及其所有海洋、湖泊和河流的太阳风一样强烈。