难道地球有防水膜吗?无孔不入的水,为何没有渗入地球内部?
地球是太阳系八大行星之一,是唯一一颗被液态水覆盖,也是目前已知的唯一一颗存在生命的天体。众所周知,地球表面约71%的面积都被海洋覆盖,远大于陆地的面积。
然而,这些水实际上只是地球的「表皮」。地球的总质量约为5.97×10^24千克,而地球上所有的水体的总质量仅有1.4×10^21千克,只占地球总质量的0.023%,相当于万分之二。
这些水从始至终一直「乖乖待在」地球表面,很多人就有这样一个疑问:为什么水没有在重力的作用下渗透至地球内部呢?水不是无孔不入吗?还是说地球上有一层防水膜?
要想弄清这个问题,我们需要先了解一下地球的内部结构。按照从外到内,地球其实可分为地壳、地幔和地核三层。最外层的是地壳,也是水与地球内部接触的第一道接口。全球地壳的平均厚度为17千米,海洋部分较薄,约5-10公里,大陆部分会更厚一些,约30-70公里。
地壳主要由硅酸盐岩石构成,比如花岗岩、玄武岩等等。从表面看,地壳布满了缝隙,这是因为岩石风化会产生缝隙,板块运动也会产生缝隙,甚至火山活动也可能会产生孔洞,这些缝隙与孔洞似乎都能成为水向下渗透的通道。
但实际上,地壳的缝隙与孔洞也并没有那么多,地质学家透过分析地壳岩石样本发现,大部分岩石的孔隙率还不到10%,并且越往下,孔隙越少。
此外,随着深度的增加,地壳岩石的密度也会逐渐变大,深层岩石在压力的作用下,孔隙也会被压的更小,甚至完全闭合,导致水无法继续向下渗透。同时,当深度每增加100米,温度也会升高约3℃,到地壳底部时,温度可达到400℃。
这样一来,即使水能渗透到地壳底部,也会被高温转化为水蒸气。水蒸气在密闭的岩石孔隙中会产生巨大的压力,反而会阻碍水向下渗透。
穿过地壳,就进入了地幔,这也是地球体积和质量最大的圈层。地幔的主要物质组成是橄榄石、辉石等超基性硅酸盐矿物。对于水而言,地幔的环境更是极端,光是地幔顶部的温度就能达到1000℃,压力更是地表的几十倍,相当于把十几辆重型卡车压在一平方厘米的面积上。
水流到这里,非但很难以液体形式存在,还极易与地幔里的橄榄石发生化学反应。橄榄石等矿物,具有特殊的晶体结构,能像「磁铁吸铁」一样将水分子中的氢、氧原子「捕获」,形成含水矿物,如蛇纹石,这样一来,水分子也就被「锁」进了矿物里。
地幔再往下就是地核,也是地球的最深处,地核分为核心和外核,外核主要由液态的铁和镍组成,核心是一个固态的铁镍球。即便我们忽略了地幔的阻力,水分也不可能到达地核。
地核的温度能达到5000℃,比太阳表面的温度还高,压力更是地表的300多万倍,可以瞬间把钢铁压成薄片。在这样的条件下,水分子的化学键会彻底被破坏,分解成氢和氧原子,就算真的有漏网之鱼,也会融入地核的铁镍合金里。
其实,根本不用到地幔,科学家透过地质钻探和研究已经发现:地表向下10公里的地方,岩石在压力的作用下就已经闭合了,连空气都无法进入,更何况是水了。而我们通常所说的地下水,大多都是地壳表层几十到几百米深的地方,储藏在土壤和岩石的缝隙之中。
所以,归根到底,地球并没有那层「防水膜」,水之所以没有渗入地球内部,核心是因为地球和结构以及独特的物理与化学条件在「阻止」它。
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