地板(通常)不是熔岩

我們傾向於想象地殼之下,地球是一個沸騰的熔岩池——但事實並非如此

加入我們的科學愛好者社群!

本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點


你小時候玩過“地板是熔岩”的遊戲嗎?從一件傢俱跳到另一件傢俱,儘量不要踩到地板,因為——顯然——地板是熔岩,踩到熔岩可不好。

不幸的是,我沒有玩過,因為在我的成長地義大利,沒有這個遊戲。然而,在許多其他國家,熔岩是幾乎每個孩子日常玩耍的一部分,無論他們是否在現實生活中經歷過。

熔岩(正如你無疑知道的那樣,是火山噴發的部分熔融岩石)通常來自地幔——地球的中間層,夾在地殼和地核之間。一旦到達地表,熔岩會迅速冷卻並完全凝固,形成新的陸地。


關於支援科學新聞報道

如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和思想的具有影響力的故事的未來。


作為成年人(甚至作為孩子),我們都知道客廳的地板實際上不是熔岩;我們只是在假裝。但我們大多數人可能仍然認為地球的地幔熔岩,或者非常相似的東西。得知事實並非如此,你可能會感到失望。

這種信念可能來自我們在學校都見過的描述板塊構造現象的教科書插圖。正如地質學家在 20 世紀中期發現的那樣,地球的地殼被分成許多寬闊、相對較薄的固體岩石“板塊”,橫跨數百或數千英里,但只有數十英里厚。這些構造板塊在數百萬年的時間裡緩慢移動和重新排列(所以如果南美洲東海岸在地圖上看起來可以輕鬆地嵌入非洲西海岸,那是因為它曾經是這樣的)。

人們很容易相信它們之所以移動,是因為漂浮在一個巨大的地下岩漿海洋上。當岩漿從裂縫中——板塊之間的邊界——擠上來時,就會發生火山爆發。這是一個非常令人滿意的解釋:所有部分似乎都完美地契合在一起。教科書的插圖只是強化了這種印象:地殼通常用棕色描繪(很像土壤),而地幔是紅色的。這是一個不幸的顏色選擇,因為紅色、熱和熔融之間的聯想是直接且難以動搖的。

但是,紅色的地幔非常具有誤導性。地幔應該用綠色表示。部分原因是為了不暗示地幔是熔融的。但主要是因為地幔真的綠色的。綠色的礦物橄欖石,構成地球地幔的主要成分之一,是造成這種顏色的原因。我們知道這一點是因為當岩漿上升時,有時會奪走一塊地幔,並將其一直帶到地表(我們稱之為捕虜岩)。它是綠色的。

但它不是熔融的。它已經有數十億年沒有熔融了。你可能會有不同的假設:地球內部的溫度每深入一公里升高約 30 攝氏度,這意味著地幔岩石應該在地表以下 27 到 40 公里處融化。但溫度並不是唯一隨深度增加的東西——壓力也會增加,而壓力會阻礙熔化。溫度和壓力之間存在持續的競爭,而壓力幾乎總是獲勝。因此,地球地幔中根本不存在熔化的適當條件。

也就是說,除非在非常特殊的地方,地表上有活火山標記的地方。在那裡,情況會稍微複雜一些。例如,在兩個板塊彼此遠離的地方(裂谷帶,如非洲大裂谷),一些壓力得到釋放,促使下方的地幔熔化。在一個板塊沉入另一個板塊下方的地方(俯衝帶,如美國喀斯喀特山脈),水會發揮作用,降低地幔的熔點,很像鹽降低冰的熔點(這就是為什麼我們在冬天在道路上撒鹽的原因)。地幔可以熔化——只是現在不是透過加熱熔化。

現在你知道,在你腳下幾公里的地方沒有岩漿海洋,但你可能仍然會想象火山下方散佈著“岩漿池”。我們傾向於想象岩漿聚集在那些地下池中,等待爆發。但是——你猜對了——這也不是對岩漿房的準確描述。想象一塊溼海綿,並將岩漿換成水。海綿的大部分仍然是固體岩石。那是因為熔化的條件存在(在某些地方),但僅僅是——只夠熔化一小部分岩石。

所以地板不是熔岩,因為它一旦暴露在空氣中就會迅速凝固。地下室——也就是地幔——也不是熔岩,因為地球的地幔在大多數地方都無法真正熔化。而且也沒有充滿熔岩的池子,因為即使地幔熔化,熔化的量也非常少。

只有在地球上極少數特殊的地方,一小部分地幔才會熔化並變成岩漿。然後,岩漿會穿過地殼上升,其中一些最終會到達地表,透過火山以熔岩的形式噴出。然後,熔岩會冷卻並非常迅速地凝固成岩石。但在凝固之前,在短暫而寶貴的時刻,地板真的熔岩。

你不想和它玩任何遊戲:雖然野外火山學家早就從經驗中得知這一點,但萊斯特大學的本科生所做的研究量化了這樣一個事實,即熔岩地面上方几米處的空氣溫度太高,你無法生存——更不用說在其中玩耍了。

作為一名火山學家,我絕對可以證明這一點!並不是說我真的嘗試在野外工作時玩“地板是熔岩”的遊戲,但我確實非常靠近熔岩站立過,而且與我面帶微笑的自拍照所暗示的相反,這樣做非常痛苦。

儘管如此,作為一名成年專業火山學家,近距離觀察熔岩流與小時候玩“地板是熔岩”一樣令人興奮。並且瞭解到熔岩為了形成並一路到達地球表面所克服的難以置信的障礙,使其更加引人入勝。

© .