驅(qū)動(dòng)地球發(fā)電機(jī)

現(xiàn)任職于美國加州大學(xué)洛杉磯分校的Stanislav Braginsky在1960年代指出過，熱量從地心上部的外核逸出也會(huì)導(dǎo)致地心固態(tài)內(nèi)核體積的膨脹，產(chǎn)生兩種另外的浮力來源來驅(qū)動(dòng)對(duì)流。當(dāng)液體的鐵在固態(tài)內(nèi)核的外部凝固成晶體時(shí)，潛在的熱量——結(jié)晶熱會(huì)作為副產(chǎn)品被釋放出來。這些熱量有助于增強(qiáng)熱浮力。此外，密度較低的化合物（如硫化鐵和氧化鐵）被內(nèi)核的結(jié)晶體排出并穿過外核上升，也會(huì)加強(qiáng)對(duì)流。

行星要產(chǎn)生自維持的磁場，還需要第三個(gè)條件：旋轉(zhuǎn)。地球的自轉(zhuǎn)通過科里奧效應(yīng)（Coriolis effect）使地心內(nèi)上升的流體偏轉(zhuǎn)，就像我們?cè)跉庀笮l(wèi)星影像上看到的洋流和熱帶風(fēng)暴被科里奧效應(yīng)扭曲成熟悉的漩渦狀一樣。在地心中，科里奧力（Coriolis forces）使上涌的流體偏轉(zhuǎn)，沿著螺旋形的軌跡上升，仿佛沿著松弛彈簧的螺旋狀金屬線運(yùn)動(dòng)。

地球有著一個(gè)富含鐵的液態(tài)地心能夠?qū)щ?、有足夠的能量?qū)動(dòng)對(duì)流、有科里奧力使對(duì)流的流體偏轉(zhuǎn)，這些是地球發(fā)電機(jī)能夠維持它本身數(shù)十億年的主要原因。但科學(xué)家需要更多證據(jù)來回答磁場的形成和為什么隨著時(shí)間的推移會(huì)改變極性等令人迷惑的問題。

根據(jù)衛(wèi)星測量數(shù)據(jù)外推至地心-地幔邊界的地球磁場的等高線圖顯示大部分磁通量是在南半球穿出地心，在北半球進(jìn)入地心。但是在少數(shù)特殊區(qū)域，確實(shí)出現(xiàn)了相反的情況。這些反向通量帶在1980年和2000年之間增長和擴(kuò)張；如果它們覆蓋了兩極，接著就會(huì)發(fā)生極性反轉(zhuǎn)。

這個(gè)臨界層包裹著一個(gè)幾乎純鐵的固態(tài)地心內(nèi)核，深埋在厚重的地幔和極薄地大陸、海洋地殼之下。距離地表的深度約2900千米。地殼和地幔重量帶來的極大負(fù)荷，造成了地核內(nèi)的平均壓力是地表壓力的200萬倍。此外，地心的溫度也同樣極端──大約為攝氏5000度，和太陽表面的溫度相近。

這些極端的環(huán)境條件，構(gòu)成了行星發(fā)電機(jī)的第二要件：驅(qū)動(dòng)流體運(yùn)動(dòng)的能量來源。驅(qū)動(dòng)地球發(fā)電機(jī)的能量，部分是熱能，部分是化學(xué)能——兩者都在地心深處造成浮力。就像一鍋在火爐上熬著的湯一樣，地心的底部比頂部熱（地心的高溫是地球形成時(shí)截留在地球中心的熱能）。這意味著地心底部較熱的、密度較低的鐵趨向于上升，就像熱湯里的水滴。當(dāng)這些流體到達(dá)地心頂部時(shí)，會(huì)由于碰到上覆的地幔而喪失部分熱量。于是液態(tài)鐵會(huì)冷卻、密度變得比周圍的介質(zhì)高，從而下沉。這個(gè)通過流體的上升和下降來自下而上傳遞熱量的過程稱為熱對(duì)流。

我們生活的地球千姿百態(tài)，和我們有著密不可分、千絲萬縷的聯(lián)系。我們要呼吸新鮮的空氣，需要潔凈的水源，還要從自然界獲取各種資源來生存……總之，我們的生活離不開地球，地球是我們生存的唯一家園。然而，地球的資源和承載力是有限的，如果人類無節(jié)制地向自然索取和掠奪，自然終將報(bào)復(fù)人類。因此，我們應(yīng)該了解地球，和地球和諧相處，讓人類生存的地球永遠(yuǎn)美麗多姿、資源可持續(xù)利用。顯然，這需要我們?nèi)祟惞餐呐?。宣傳和普及環(huán)境保護(hù)的有關(guān)知識(shí)，從自身做起，無疑是這些努力中重要而基礎(chǔ)的一步。

青少年是祖國的未來、人類的希望，把環(huán)境教育的著眼點(diǎn)放在他們身上具有現(xiàn)實(shí)和深遠(yuǎn)的意義。培養(yǎng)青少年初步形成可持續(xù)發(fā)展的思路，初步養(yǎng)成可持續(xù)發(fā)展所要求的生活、學(xué)習(xí)和行為習(xí)慣，使他們初步養(yǎng)成探求務(wù)實(shí)、全球意識(shí)、主人翁精神以及對(duì)人類可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任心，這是一個(gè)長期而艱巨的任務(wù)，需要我們長期、細(xì)致地工作。為此，我們組織編寫了《綠色地球》叢書，希望能夠通過對(duì)有關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)，讓青少年從小就有一種生態(tài)危機(jī)意識(shí)，在將來的建設(shè)中，擔(dān)負(fù)起保護(hù)地球、保衛(wèi)家園的神圣職責(zé)；讓青少年養(yǎng)成良好的環(huán)保習(xí)慣，提升他們的綜合素質(zhì)；讓保護(hù)環(huán)境成為青少年生活的一部分。當(dāng)然，本書涉及的基礎(chǔ)環(huán)境科普知識(shí)對(duì)成年人也很有幫助。環(huán)境保護(hù)，從你我做起，擴(kuò)大知識(shí)面，滲透環(huán)境意識(shí)對(duì)于成年人也是極為需要的。

基于以上想法，我們對(duì)有關(guān)地球環(huán)境的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行選擇和整理，分冊(cè)編寫了這套叢書，目的是為了讓更多的人能夠了解我們生存的地球，從而樹立生態(tài)文明意識(shí)，促使我們的生存環(huán)境健康可持續(xù)地發(fā)展。本叢書共有12分冊(cè)，其中有大氣、森林、海洋、地下水、河流、動(dòng)植物、土壤、山地等自然環(huán)境篇，當(dāng)然也有人文環(huán)境的城市篇、低碳生活篇、農(nóng)業(yè)篇、能源篇等。每分冊(cè)內(nèi)容都包括該冊(cè)一些重要的環(huán)境科普知識(shí)、現(xiàn)狀、問題，解決的措施等方面。除了正文外，我們還增加了“擴(kuò)展閱讀”這個(gè)模塊，以增加本書的趣味性和豐富性。全書圖文并茂，配了大量的圖片來解釋文字，符合青少年的閱讀和心理特點(diǎn)。全套書在宣傳地球環(huán)境相關(guān)知識(shí)的同時(shí)，時(shí)時(shí)刻刻滲透著關(guān)心環(huán)境、了解環(huán)境、為了環(huán)境的理念。希望通過對(duì)本叢書的閱讀，讀者能夠在知識(shí)和思想上都有所提高。

儲(chǔ)存于包氣帶以下地層空隙，包括巖石孔隙、裂隙和溶洞之中的水即為地下水。它是水資源的重要組成部分，對(duì)人類的生產(chǎn)和生活有著很大的影響。由于水量穩(wěn)定，水質(zhì)好，是農(nóng)業(yè)灌溉、工礦和城市的重要水源之一。但在一定條件下，地下水的變化也會(huì)引起沼澤化、鹽漬化、滑坡、地面沉降等不利自然現(xiàn)象。

本冊(cè)為地下水篇，講述地下水相關(guān)的科普知識(shí)，描述了地下水過度開采，導(dǎo)致漏斗形成、地面坍塌、海水入侵。為了解決地下水不合理利用產(chǎn)生的環(huán)境問題，要有節(jié)制地利用地下水，另外，合理利用雨水、中水、海水等水資源。此外，還介紹有趣的地下水——溫泉。

此書能夠最終成文，需要感謝化學(xué)工業(yè)出版社的熱心推動(dòng)和督促。另外，還要感謝北京師范大學(xué)的郭婉婕、鄭巧芳、王曉利、馬達(dá)云等協(xié)助搜集、整理資料，并編寫了部分內(nèi)容。在整個(gè)編寫過程中，編者參考了許多國內(nèi)外資料，大部分已在參考文獻(xiàn)中列出，但畢竟水平有限，時(shí)間倉促，掛一漏萬，魯魚豕亥之處在所難免。希望讀者朋友們能夠見諒，并多多地提出意見和建議！

編者

2013年6月 2100433B

中文名

工程地球物理

外文名

engineering geophysics

所屬學(xué)科

物理學(xué)

應(yīng)用學(xué)科

地球物理

應(yīng)用領(lǐng)域

工程地球物理

將地球物力方法用于獲得民用工程的資料。海洋測探、地震反射和折射、側(cè)向掃描聲納、重力、磁法、電法及取樣法都可以使用。常用淺層折射來求基巖深度。在水區(qū)可用大功率回聲探測儀、電火花、空氣槍及別的高頻地震反射(高至5kHz)法來取得淺層界面反射，由此可列斷基巖及充填液體的性質(zhì)。這些方法也可用來確定海底或探埋海底的大型管線位置，只要探清它們所產(chǎn)生的主繞射。