冥古宙，地狱还是天堂？

刘萝卜锅

品质源于技术 服务源于态度

这是阿什卡微信公众号的第467篇原创文章

首发于2018年1月7日

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如果在宇宙里找一样最奇怪的东西，那就是人类。

人类信仰、文化、认知千差万别，却不约而同地对天空充满憧憬。相信在那里，有一个更美好的所在，那就是天堂（中国人叫天宫）。

1968年，阿波罗8号绕月旅行时，博尔曼在10亿人面前玩起了直播，他的关键词是“广袤”、“寂寥”、“望而却步”。后来，宇航员们看见一颗蓝色星球冉冉升起，那就是地球。

宇航员们被她的美丽所震撼，也被她的温柔所感动。

真的上了天，人类才发现，所谓天堂，其实一直在我们脚下。

而天上，随处可见地狱般的存在。

不过，如果穿越到44.5亿年前，他们看到的不会是那个天堂般的家园，而是比月球更令人望而生畏的炼狱。

那是一粒灰不溜秋、红不拉几的球。你看到的颜色，是外层气体的颜色。

在翻滚的脏云中，会闪出一些光，亮白的是闪电，亮黄、亮红的是岩浆。

是的，那时的地球，岩浆翻滚，污霾蔽日。

那是因为，刚刚形成的地球炽热暴烈：放射性元素释放的热量是如今的5倍，可以说是一个超大的核反应堆；物质刚被压缩成地球的热量尚未散尽；小行星乱飞乱撞，巨大的动能转化为热能…

这里，是地球的冥古宙。整个地球处于熔融状态，十分活泼不可爱。

元素在火乳交融中，慢慢分层。分层规则很简单：重的向下，轻的向上。

所以，偏重的铁和镍沉向中心，形成一个以铁为主的地核；轻一些的硅酸盐围绕地核，形成了地幔；更轻的硅酸盐就浮在最上面，后来冷却，成了地壳。

啥叫硅酸盐呢？硅、氧这俩坏小子，喜欢乱撩铝、铁、钙、镁、钾、钠等各种姑娘，这些姑娘与硅和氧的化合物，统称某女郎，哦不，硅酸盐。

这个分层的过程相当长。有多长呢？18厘米？不，几十亿年。到现在也还在继续。因为，地球是活的，内部不停地在流变。

如今，地球内部是这样的：

地核半径3480公里，分两层。

外核厚1742公里，含80%的铁，混杂着镍、硅、硫等。内核基本全是铁。

内核是固态。为啥最火最热，反而是固态呢？据分析，可能是身为核心，压力太大所致。

内外地核之间，有一个过渡带，大概厚400公里。

地幔厚2800公里，主要配料是非常粘稠的硅酸盐。有多粘稠呢？你用手指一捅，手指就没了。

这是由于高温，导致硅酸盐不能老老实实地保持像石头那样的固态，而温度又没高到让它完全熔化成液态。所以，就搞成了这样一个尴尬的存在。

地幔也分两层。包着地核的是下地幔，厚1920公里；外面裹着上地幔，厚950公里。

上地幔里，有一部分熔融物质，也就是岩浆。

最外面，就是我们最熟悉的地壳了，平均厚17公里。可以说相当薄了。

目前，人类用的矿物、材料、食物等所有资源，都取自这层薄薄的壳…的外层。

整个地球的温度，是外冷内热，逐渐过渡。地核温度最高，外核4000—6100℃，内核6300—7000℃。

说到温度，顺便提一句：虽然万物颜色各异，但不管什么东西，温度高到可以发光时，它的颜色就由温度决定。

一些图片为了表示地核的高温，把它弄成亮红或者亮黄色，其实，这个颜色只是岩浆的温度，也就是700-1200℃的颜色。

所以，真实的地球剖面应该是这样的：

说到这里，咱俩情不自禁产生了一个疑问：

人类目前最深的井只钻到12262米，还不太直，连地壳都没钻透，怎么能知道地幔、地壳的结构和配方呢？

那得从一场灾难说起。

1906年，美国旧金山大地震，里氏7.8级，死亡几千人。

在克罗地亚，有个气象学、地震学家，叫莫霍洛维奇。他听说这场灾难后，陷入了深深的思考：观测地震、利国利民。于是他建了一些地震台，用来测地震波。

1909年，盼望已久的，对不起，避之不及的地震果然就在克罗地亚发生了。他拿到地震波数据，算来算去，发现：地震波在地下大概54公里处，速度突然猛增。这说明，地震波遇到一个边界，从岩石进入另一种物质。

等等，刚才不是说，地壳厚度17公里吗？54公里是什么鬼？

17公里是平均厚度。总的来讲，海洋比较薄，平均不到万米；大陆比较厚，平均大概40公里。高山、高原地区更厚，最高可达70千米。

莫霍洛维奇测的地方，就是54公里。地壳和地幔边界，是老莫代表人类首次发现的，所以这个边界就叫莫霍面。

从此，人类知道了：地壳下面的东西不一样。但究竟有啥不一样？不知道。

不知道不要紧。知道自己不知道，也就离知道不远了。

莫霍面的发现，勾起了更多人的好奇心。装备控、数据控纷纷登场。

美国人伍德的地震仪风靡全球，地震监测蓬勃发展，后来竟然出现Transform这样的微地震监测技术，监测数据越来越可靠。

被希特勒搞得受不了，跑到美国的古登堡，沾了这些地震技术的光。他拿到全球的地震数据，发现一个规律：地震波在地球上有阴影带。不管是横波，还是纵波，都有自己的阴影带——也就是到不了的地方。

啥意思呢？如果地球的材质都一样，那么，地震波会随着距离的增加，而均匀地扩散、减小，但不会突然消失，或者突然变速、转向。

这很好理解，光也是一种波，手电筒射出光，会随距离增加而扩散、减弱；从空气射入水中，就会转向（偏折）、减速；遇到水里的一块冰，就会被反射、折射、投出一个阴影。

刘萝卜锅

那么，地震波出现阴影，并且突然变速、转向，一定是遇到了不同的介质。

横波、纵波的传播方式不同，所以阴影出现的位置也不同。这样纵横结合，古登堡推算出了地球内部的样子：有个液态地核。

为啥能算出是液态呢？因为横波不能在液体里面传播，而纵波从地幔遇到液态界面，会被折射。

地球不仅有个蛋壳，还有个蛋黄。简直太神奇了！

1936年，丹麦地球物理学家莱曼女士拿到更丰富的地震数据，算来算去，进一步证明了古登堡的推算：2900公里深处，地幔之下，确实是液态的核。所以地幔和地核的界面，就叫古登堡面。

事情还没完，细心的莱曼接着往下看，发现5000公里深处，纵波又加速了。

怎么回事？又遇到固体了呗。于是，人类知道，地球还有个固体的内核。那么，外面包的那个液态层，就叫外核。内外核的分界面，当然就叫莱曼面。

地壳、地幔、外核、内核，简直不能更完美了。

且慢，事情还在继续。

1992—2012年间，全球宽频地震台阵积累起了一批丰富的数据。美国伊利诺伊大学、中国南京大学联手分析这些数据，发现内核里还有猫腻：地震波在内核中，又发生了突变。

2015年，两个大学的研究小组在《自然－地球科学》上发表论文：内核里，还有个小内内。

刘萝卜锅

内内核也是固体。八成还是铁之类的金属。只是压力太大，晶体结构可能不一样。但究竟是什么样的晶体，？对不起，不知道。这么大压力，人类目前复制不出来。

好吧，地球分层，液体、固体、胶体…可以靠地震波搞定。那么，各层的成分是啥，又怎么搞得清呢？

地质学大神威尔逊说，别急，虽然我们连地壳都钻不进去，但地幔会自己跑出来的。

这么好的地幔，到哪里去找呢？

威尔逊说，在地幔中，有些长期固定的活动中心，向地壳外传递岩浆、热量，这些地方，叫热点（后来摩根解释，热点是地幔柱活动的结果）。热点在地球上并不难找。

比如，在浩瀚的太平洋中，夏威夷海岭、天皇海岭，其实是一串串火山链。那就是热点递变的结果。

想知道地幔的配方，去热点看看石头就OK了。大家跑过去一看，主要是橄榄石，还有斜方辉石。由前面说的那些元素合成。

好吧，地幔可以跑出来给我们看，那么，地核的成分，我们是怎么知道的？

咳咳，呃…其实是猜的。哎别扔鸡蛋呀，也不是瞎猜。

首先，我们可以利用地震数据，结合温度、压力等数据，计算地核的密度，推算出，地核的配方是铁、镍。

其次，根据陨石的成分，可以推测地球的元素丰度。陨石的综合含铁量很高，那么，地表、地幔没那么多铁，铁去哪了？根据钻探取芯、对地幔的分析可知，元素分布，与理论基本相符：重的在下，轻的在上。所以，老铁去当了核心。

地球的成分，基本变化不会太大了。但它的结构，每天都在变。因为，随着地球的降温，地核会越来越大，地壳会越来越厚。总有一天，它会变成一个冰冷的大石球。不过，这个速度是相当缓慢的。真的还想再活五百年的我们不用担心。

好像跑题了，我们聊回冥古宙。

冥古宙也不都是那么暴烈。因为，地球有水。

但是，水只有可以保持液态时，才能让星球变得温柔美丽。

而让水保持液态，温度和压强范围非常狭窄：1个大气压下的0—100℃。而在暴虐的宇宙，温度可以从-273℃到1000000000℃。保持0—100℃，只能是个奇迹。

地球在形成时，确实吸积了一些水。那些坠落在地球上的彗星、小行星等小天体，也带来了一些水。

然而，在地球的暴烈期，地表没有水的立锥之地。因为水怕烫。一烫，它就会变成气态。

那时，大气层主要是甲烷、硫化氢、二氧化碳等等，翻滚着厚重的尘霾。

所以，水只能在天空和脏霾混在一起飘呀飘。要么，被压在地下煎熬翻滚，等待机会喷涌而出，和脏霾混在一起飘呀飘。

飘在空中，温度下降，就会和脏霾一起结成水滴，落回地面，然后又被烫得跳回天空…

这场大雨，在整个地球下了几百万年，或许是上千万年。

这成百上千万年，天上阴霾密布，空中电闪雷鸣、酸雨滂沱，地面水火蒸腾。

终于，地表温度降到了100℃以下，水可以流成溪，淌成河，蓄成湖，汇成海。大海溶解了很多二氧化碳。

天空，渐渐变蓝。

45.7—40亿年前，漫长的冥古宙，在人们印象中，是一个暗黑风的存在。

但是，在44亿年前，地球就开始在水精灵的安抚下，慢慢逆袭成太阳系最美的星球。

然而，岁月静好，注定是一场梦。

PS：了解波的特性，请点击阅读《这个故事不太冷：波动传奇》

地球故事目录：

• 啪啪啪
• 忒亚哥出轨，是为月亮姐惹的祸？
• 与月亮有关的三个谜题
  
  

相关科普：

• 地球极简史（3分钟看完45亿年）
• 宇宙极简史（3分钟看完148亿年）
• 这个故事不太冷：波动传奇
  
  

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