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040401地心之旅-张少泉-第章

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  我们讲第三部分,讲地球物理学为“地心之旅”探明路线。在这部分我想谈几点,一个是地震波,一个是电磁场,一个地电场,一个重力场,一个地热场。这是讲一个地震探测的这么一个片子,地震怎么进行探测。大家看,这是他们在挖坑埋仪器,这个野外的工作,大家都知道。这个女士也并不比中国姑娘漂亮,非常可惜。这就是地震仪,三个分向的地震仪搁下去,捕捉地面的运动。大家看,把东西搁在底下。一会儿就激发。这是地震波的记录,就根据这些记录研究下面的结构。这是一个不同深度的地震波变化,我们说的地震波分层。大家知道,没有人把地球掰开了,看一层一层,不像你吃橘子似的。那你怎么知道是一层一层的,就是根据下面的速度。因为地球的外核没有横波,所以才说明它是液体,液体是不能有横波的。另外其他各个层次里边的结构情况,由那里的速度结构来确定。大家看,根据那样一个结果,得出地球分层有内核、外核、地幔。这是上面岩石层和地壳,这是地幔底部的结构,这里面的结果侧重于地球化学的。内核旋转的示意图,黄黄的是外核,红红的是内核,跟樱桃似的非常好看。我为什么介绍这一个呢?内核的旋转是一位中国学者叫宋晓东提出来的,1997年被列为美国十大科技发明,这是一个很重要的科学成果。这是一个重力均衡模型,山为什么隆起来了,因为下面有根,给它托起来了,就像大家在北海划船,上面坐的人多,这船沉得就越多,吃水量就越大。喜马拉雅山很高,底下地壳也厚,所以过去曾把这样的地壳叫双地壳。一般地壳是33公里,它六、七十公里。为什么呢?因为印度板块插下来了,插下来,它拱上去了,而这个拱和哪个插,一上一下,呈一个叫镜像对称的效应,而遵从的物理定律就是这么简单,阿基米德原理。 

  我讲第四部分,未来不是梦,为“地心之旅”勾画科学蓝图。在这里边,我想谈几点,首先讲一盏明灯和一杆深钻。明灯就是地震波。过去有人讲过,地震是照亮地下结构的一盏明灯,不过稍纵即逝,一闪就过了。一杆深钻是什么呢?我们想知道下面情况,必须要打钻、取样,现在国外打得最深钻是14公里,国际上有一个大陆深钻计划,中国是三个主要负责国家之一,美国一个,德国一个,中国一个,为什么有中国呢?人家看到中国的好地方了,一个是咱们青藏,这次咱们打一个8公里深的,在江苏,那个地方是一个在地质上有特殊意义的地区。所以说我们要勾画这个蓝图离不开这盏明灯,离不开这杆深钻。 

  再介绍一个是探测地心的科学设想。再介绍一个原子能发电站,内核是个原子能发电站。最后我们再谈一下借鉴宇宙之旅,宇航员的生存经验,用在我们今后“地心之旅”。在什么地方人都得活,人不活,你下去干什么。最后提出一些设想。这里有一句话,“挽起你的弓吧,向相反的反向各射出一只羽箭,当它们在飞行中相交的时候,世界就不是原来那个样子了”。为什么呢?因为一个箭是科学,一个箭是幻想,或叫艺术,如果地面是个平坦的,永远不可能相交。好在地球是一个圆的,在地心引力作用下,它围绕着地球转一圈,后来撞击了,溅出一个智慧的火花,才有了今天世界,所以没有幻想的科学工作者,永远成不了科学家,要敢想。 

  这是一篇论文。这是一个地球物理学家叫马文·亨顿的文章,地心真的要停止运动吗?还是有可能的,要按这里写的来说的话,挺吓人的。为什么?地心里面有一个八公里尺寸的核反应原料堆,目前已经燃烧了46亿年,使用了它的75%。所以按这样来估计地球的年龄,没有像我们设想的那么多。如果说地球和太阳同生死的话,太阳有一百亿年,咱们已经过了46亿年,还有个54亿年,很乐观,还早着呢。可是按照这么一算的话,地下这个炉子没有煤了,算了算,顶多五千年。虽然是一种设想,但是你不能说它完全不对,毕竟是一个探索。这是谈照亮地心的明灯吧,下面的一层一层的结构状况。 

  这有一个科学钻井,刚才我讲了,往下打深钻的时候,为我们下面的地心找到一个最佳的切入点。这就是马文·亨顿提出的一个探测方案。就登在《自然》杂志上。他怎么设想呢?在地面上划一条口子,三百米长,三百米深,大概几米宽,干吗呢?往里头灌铁水,灌几百万吨的铁水,大概全世界几天的产量,因为只有铁水最便宜。第二个它能够熔化。第三个它的分量沉,靠它重力就可以往下走。通过理论计算,完全是个流体动力学的计算。到达地心要一个礼拜,还是挺快的。光能倒铁水没用,还得有谁跟着去。顺流而下的是一个传感器,跟柚子大小的一个传感器,随着它往下走,一边走,一边往地面发信息,用什么波呢?用电波不成,大家知道,地球介质是吸收能量的。用什么波,用机械波。机械波怎么震动,这里还有很多问题。随着它往前走的时候,会引起地面的振动,这个振动就可以往回传波,标志出它地心的深度。同时它把沿途所获得的温度、压力成分各方面返回到地面上来。这就是目前我们所知道的能进到地心,可以看得见、摸得着,至少我们能够想像得到的一个方案。 

  这是刚才说的,内容的几个分解。在这基础上我们提出一个设想,如果说我们真要进入地心的话,第一我们还离不开地震波的探路。为什么呢?因为对下面的情况不是很了解,要对地球继续做CT,继续了解哪个地方是个薄弱环节。第二,要通过铁水钻石来探路。刚才我说小小的柚子是钻石,它经得住高温、高压。再一个无人驾驶的飞船,机器人驾驶的飞船,虚拟人驾驶的飞船,搭乘的飞船。虚拟人,你们知道吗?现在报纸介绍很多,虚拟人,它不是机器人,不是电脑人,不是智慧人,我想应该有一个阶段。最后是载人,真正人搭乘的。 

  所以中国在整个科技水平上,是跟上了世界科学的前沿的。当然在深度上和广度上还差了很多,关键问题是什么呢?一个核动力,应该往下推动。大家知道,往天上飞,往地下走差多了。140年之前,儒勒·凡尔纳写了一个《从地球到月球》,也写了一个《海底几万里》,也写了这样一个《地心探险》。上天实现了,为什么入地没实现呢,说明太难了,其中有一个就是往上飞,所需要的动力,比起往下走的动力来说,要小得多。因为什么?往下介质致密得很,压力很大。有一个人经过计算,往上一公里和往下一公里它所需要的动力能源的动力,它的焦耳值之比是109。所以这个动力问题目前还解决不了。第二,高温、高压。飞船往上边去的时候,就在一上的时候,一摩擦,来回一摩擦,产生高温,整个到上边的话,还是寒冷的。可是到地心去呢?没有一处会寒冷,都是高温,越往底下,温度越高。怎么耐这个高温,还要耐几百万个大气压?地面上,一个人承受一个大气压,只要有五、六个气压就把人压的胸部喘不过气了,那么现在几百万个大气压怎么承受?到上面是会遇到这问题。再一个运行轨迹的遥控,我们怎么控制它的轨迹。刚才说了,大陆钻杆。前苏联打一个钻杆14公里的,它整个的场地的底盘就几公里大,钻到底下,不过就135毫米的头,就这么一个直径。打下的金属杆是一根“线”,是一根弯弯曲曲的面条。因为你得控制它,怎么往下走,难度很大。还有一个信号的传递问题。再有一个内失重,什么叫内失重?到上面,到太空离开地球引力,叫失重,越往地球中间走的时候,你真的在地心的时候,上边、下边、左边、右边都吸引我,我的引力得多少,得零了,没重力了。那个情况怎么办,所以内重力又是另外一个特殊情况。还有虚拟人体实验,试验器官承受的力。我想这里边难度很多,有难度才有挑战。 

  下面请记住他们的名字,为我们的“地心之旅”插上路标的地震学家。第一个是南斯拉夫人,莫霍诺维齐是地壳与地幔的分界面发现者,第二,古登堡是地幔和地核分界面的发现者,第三是莱曼是外核和内核分界面的发现者。另外请大家记住他们的名字,对我们“地心之旅”不断提供精神动力的科学巨匠。第一个是咱们的张衡,发明了地动仪,第一台地动仪发明者,第二个儒勒·凡尔纳是科普
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