书城童书地球有话说
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第25章 星球的谜团(8)

建造平房,因为建筑物的总重量不太大,所以,只要把砌墙的那部分地面刨开,剥离表层土,形成地基的槽沟,用打夯机把下面的土层夯实,或者铺垫一定厚度的三合土夯实就行了。而建造高层建筑就不能这么简单从事了。

在一座高大建筑物建造之前,为了摸清地下的土质情况,都要先进行钻探,还要对钻探取出的土样的成分、颗粒组成、密度等物理化学性能进行测试,求得各类土层单位面积所能承受的压力的数值。然后再由勘探设计人员提出地基处理的设计方案。

在建筑施工工地,如果留心观察就会发现,在砌筑墙体之前,施工人员根据设计要求要对地基进行各种不同的处理。有的是用打夯机夯实,有的要绑钢筋、浇灌混凝土,还有的是把钢筋混凝土预制的长桩打入地下……采用的方法虽然不同,但目的都是要使建筑物有一个完整、均匀、密实、坚固的基础,这样才能保证地上建筑物的稳固。

对一些重要的建筑物,勘测设计部门在建成使用之后,还要进行经常性的观测,一旦发现不正常的情况就立即通知建筑部门,相应地采取有针对性的补救措施。

地球水之谜

地球上为什么会有这么多水?这个问题可能不少人认为是从天上下雨、下雪掉下来的。但是也有人会有相反的说法,他们认为雨和雪是地面上的水蒸发带上去的,因而一直争论不休。事实上,上述两种说法都只是说了地球上水的运动和循环情况,而没有涉及事物的本质。那么地球上的水究竟是从哪里来的呢?通过人们对地球内部构造和物质成分的详细研究,目前已有越来越多的资料可以证明,它是从地球内部分异挤压出来的。其证据是:从现代火山活动中可以看出,几乎在每次火山喷发时总会有大量气体喷出,其中以水蒸气为主,约占75%以上,其数量之大十分惊人。如1906年意大利维苏威火山喷发时,喷出的水蒸气柱高达13多万米,并且在20小时内一直保持着这样的高度。又如美国阿拉斯加州卡特迈火山区的万烟谷,有上万个天然水蒸气喷气孔,平均每秒钟就可喷出97~645摄氏度的水蒸气和热水约23万立方米。这些现象说明在地球内部(地壳深部)确有大量原始水存在。从地下深处的岩浆成分来看,无不含有水分,并且越深形成的岩浆含水量也越高,例如经实验证明,在5千米深处岩浆中水的饱和度约为6%,在10千米深处,却达10%左右。从岩浆凝固结晶而成的火成岩来看,虽然都是一些坚硬的石头,但经化验表明,仍然含有一定数量的结晶水,并且常见有原始水的包裹体。从构成地球的原始物质——球粒陨石的成分来看,经人们研究发现,同样也含有一定水分,一般含水量为05%~5%,有些可达10%以上(如炭质陨石)。

上述事实充分说明了地球内部确实有水存在。但地球内部的水是如何跑到地球表面来的?要回答这个问题,得从地球的形成过程谈起。

原来由宇宙尘埃凝聚成地球时,作为宇宙物质之一的水同时被封存在地球的原始物质——球粒陨石中。由于当时地球雏形温度很高,原始物质均处在熔融状态,而且地球自转速度很快(例如,35亿年以前,地球的自转速度约为现在速度的6倍,即每天只有4小时),因此便产生重力离心分异,较重的物质趋向地球核部集中,较轻的物质便逐渐向外迁移,这样就慢慢形成了地球的地核、地幔、地壳三圈层构造。在地球圈层分异过程中,水是最轻的物质之一,并且活动性也最强,自然首先被移向地球外层。后来当外层这些富含水的熔融岩浆凝固成坚硬地壳时,含在岩浆中的水大部分就被挤压出来并向地球表面溢出,形成今天的大海大洋。不过,正如前面所说,30亿年前的古地球表面由于温度较高,因此挤压出来的水几乎都是水蒸气,在地球上空飘浮,直到后来地表温度降至100摄氏度以下时,浓厚的水蒸气才逐渐冷凝成水滴并开始大量向地面降落。越往后,大约到6亿年前左右,当地表温度降至30摄氏度左右(即与现在地表温度相当)时,挤出来的水大约99%都呈水滴状落到地表,这就是造成如今地球上那么多水的原因所在。

地热之谜

在内蒙古宁城县的一个山村里,有一口热水井,一年四季水温都在80摄氏度以上。当地村民杀猪、宰鸡褪毛时从不烧开水,把杀好的猪、鸡放在井水中泡上一阵儿,便可收拾褪毛了。现在,这个村的村民还办起一座没有烟囱的洗澡塘哩,用的就是这种自来热水。

那么,这口井的热水是谁“烧”的呢?原来,养育人类的地球内部蕴藏着极丰富的地热能。地热是火山、温泉、地震和地壳运动的主要能源。假设你能够乘坐“地下火箭”到地球内部去旅行的话,可千万别忘了带上防热器材。因为,向地球内部行进的过程中,最初的30米,温度变化还不怎么大,再往前走可就不行了,每前进100米,温度一般要升高3摄氏度。当前进到2000至2500米的时候,温度大约就有80摄氏度了。当到达30多千米的地方,那里的温度可达1000~1300摄氏度,石头都被融化了。继续往前走,温度可达4000摄氏度以上。当穿过500千米的厚度,才算过了增温区。看!地球不就是巨型大锅炉吗?据推算,地球地热总蕴藏量,约为地球上煤炭总能量的17亿万倍。

地球内部为什么有那么高的温度呢?巨大的热量又是从哪里来的?冰冻三尺,非一日之寒。今天地球内部巨大的热量是地球在漫长的演变过程中积累起来的。地热主要来源有放射性热、地球转动热和化学反应热等。而地壳导热率又很低,特别是地下50至100千米的深度导热率最低,厚厚的像锅炉外壳,把地球内部的热量给封住了。火山、温泉是从地壳裂缝泄露出来的地热形成的。但是,火山、温泉和地表带出、散发的热量还不到地球放射性产热总量的一半,大部分储存在地球内部,并使温度不断升高。

地热是取之不尽、用之不竭的大热库,是人类极其丰富的宝贵资源。它吸引着世界各国去开发利用,1904—1913年,意大利在拉德雷洛地热田,建成了世界上第一座地热发电站,功率为250千瓦。在我国地热资源也有着极其广阔的发展前景,目前,我国地质工作者已勘探的地热田(区)共计有40个,已发现天然露头温泉2600多处,人工热水露头130处。地热利用已从医疗、旅游业扩大到农业温室、水产养殖、民用采暖、工业加工等方面。我国第一座地热发电站于1970年在广东省丰顺县的邓屋地热区落成,其功率为100千瓦。1971—1975年,在湖南省宁乡县灰汤地热区建成我国第二座地热发电站,功率为300千瓦。1977年在西藏羊八井、台湾宜兰县清水地热区各建成一座地热发电站,功率分别为1000千瓦和1500千瓦。

地下世界之谜

人生活在地上,在地上居住,在地上行走,在地上进行各种活动。地面上的东西看得见,摸得着。可是,地下是什么样子,地下都有什么东西呢?

在古代,人们没有探索地下奥秘的科学手段,只能凭借着想象,编造出许多带有神秘色彩的、关于“地下世界”的传说,绘声绘色地描述“地下王国”引人入胜的情景。

随着科学技术的进步和生产水平的提高,人类的活动已经扩展到了地下:修建地下铁道、地下厂房、地下仓库、地下街道,开挖矿井、从地下采矿,用钻机打井,从地下取水,开采地下的石油和天然气。

虽然这样,我们对地下的情况还是很不了解。“天高地厚”“莫测高深”嘛!科学家的研究告诉我们,地球的平均半径是6371千米。相比之下,人类触摸到的地壳还是很浅很浅的。一般矿井只有几百米深,石油钻井最深,也就是几千米。苏联有一口世界上最深的地质钻井,到1984年也才打到1200多米,只有地球半径的六百分之一。如果把地球比作一个苹果,1200多米的深钻井只不过是钻透了苹果皮,再下边的情况目前人类还是不清楚。

人类是不会向困难低头的,人类的智慧能够揭示出物质世界的各种奥秘,其中也包括地壳深部的奥秘。

科学家发现,地震波能够向四面八方传播,有的可以一直传到地心。地震波在传播过程中,碰到不同物质的时候,就会有不同的反射和折射,用仪器把这些记录下来,再进行分析研究,就可以推知地下物质的状态和分布情况。

科学家们用人工爆破产生的地震波,以及磁力、重力、电力、放射性勘探等各种方法,研究地下的情况,并且利用人造卫星拍摄的地下红外线辐射照片来分析地下的情况。

根据研究的结果,科学家指出,地球内部可以分成几个圈层。最外边一层叫地壳,也叫岩石圈,是由各种岩石组成的固体硬壳,它的厚度在大陆上厚30到70千米,海洋底部只有5到15千米。地壳表面几十米的薄层叫风化层,它的上部是可以生长植物的土壤层。人类的各种活动基本上就是在地壳表面进行的。

岩石圈的下部是地幔,也叫中间层,它的厚度约2900千米。这一层的温度大约有1200~2000摄氏度,压强有100多万个大气压。这里的物质是一种过热状态下的固态物质,但是只要压力减小到一定程度,它就会变成能流动的岩浆。在强大压力作用下,如果岩浆沿着地壳的裂隙喷出地面,就是火山爆发。

地幔下部就是地球的核心部分,叫地核。它的半径有3400多千米,可以分成外核、内核两部分。外核厚约1600千米,是液态的。内核主要是由相对密度较大、带磁性的铁和镍组成的,又叫“铁镍核心”。这一层密度大,温度高,估计温度可达5000摄氏度,压强达到300多万个大气压。

地下油之谜

衣服上滴了油污,可以用汽油把它洗掉。有的人家里用煤油炉或柴油炉烧水做饭,没有用上电灯以前,不少家庭是用煤油灯照明。出门旅行、运输货物,要用汽车、拖拉机、飞机,它们用的燃料是汽油或柴油。汽油、柴油、煤油都是从石油里提炼出来的。就连我们穿的某些化纤衣服和不少日用品,也是以石油为原料,经过提炼加工制成的。现代化生产离不开石油,人们在生活中也要处处和石油打交道。

人们都知道,石油是从地下开采出来的。可是地下哪儿来这么多“油”呢?

原来,石油是古代动植物的遗体变成的。石油是由占97%到99%的碳、氢两种元素和少量的氧、硫、氮等元素组成的复杂碳氢化合物。科学家经过反复的实验,证明石油是由有生命的有机物转化成的,也就是说是由动植物的遗体变成的。

煤是由古代的树木变成的,石油是由古代动植物遗体变成的,它们形成的过程是不是一样呢?确实有许多相同的地方,比如要有适合生物大量繁殖的自然环境,也要有水或泥沙把堆积的生物遗体覆盖起来,要有细菌帮助有机物分解,地壳还要下沉,把有机物送到地下提供的高温高压的环境里。可是它们又有很不相同的地方:煤是主要由碳元素组成的固体,而石油却是一种液态的复杂化合物。

石油既然是液体,就会到处流动,哪儿有缝往哪儿钻。如果石油没有个汇聚积存的地方,人们要想寻找和开采它就困难了。可是石油也有它“聚居”的地方。

地壳变动的时候,水平的岩层受到挤压,有的地方会向上拱起来,四周低,中间高,就像一口倒扣着的锅,这里就成了石油的“家”。

石油滴随着水在地下的孔隙里移动。如果这口“倒扣的大锅”下边是孔隙很多的砂岩、石灰岩,而形成“大锅”的岩石是密实的页岩或泥岩,石油滴进到这里就出不去了。因为石油比水轻,会漂浮到上边去,下边的水托住它,上面和两侧不透水的岩层挡住去路,它流不出去,被扣在大锅里,越聚越多,这里就成了石油聚居的窝,也就是形成了石油矿藏。这种能存贮石油的“大锅”可大得很,往往高几十米,几百米,纵横几千米,而且常常位于地下几千米的深处。

有人可能会问,生成这么多石油那得要有多少生物才成啊?要知道,石油和煤一样,是经过几千万年甚至几万万年才形成的。从地球上开始出现大量的生物以来,已经有好几亿年,各种生物不知繁殖了多少万代;而生成现在地球里这些石油,只需要那些有机物的几百万分之一就够了。