尽管板块构造学解释了地球的地质情况,但是它仅仅解释了关于地球表层的问题,地球深处正处于什么样的状态?为什么会是这样的状态?这些问题是我们必须解答的。在距地表6300千米深处以下的板块结构主要是岩石和铁,岩石与铁相融和搅动是地球热力发动机的内部情况。构造板块的活动影响着地表,好比是钟表移动的时针和分针在告诉人们时间,它们由默默运行着的机械驱动着。
40年前,板块构造学更新了关于地球自身的知识。但是关于地球内部构造的问题,仍然沿袭着以前的知识——鸡蛋模型(地球科学家曾以为地球构造就像一个鸡蛋)。地球深处的地震波表明:在板块的破碎层处有一层2800千米厚的岩石地幔,在地幔以下是3470千米厚的熔铁层,地球的中心是固态铁。整个地幔670千米深处以上是上地幔层,在此深度以下的是下地幔层,在下地幔层的底部是一层数百千米厚的地层。
在地下670千米以下,是一个包括地芯在内的3层结构。在670千米以上的地幔,像一壶未满的开水慢慢地翻滚着,海洋中山脉的形成以及热的传送,都是地幔运动的结果,地幔运动还促使新的地壳成形。大量的热岩石会从670千米深处往上攀升,形成像夏威夷那样的火山活跃区。同时,地下670千米处是一个天然屏障,它既不会被向上攀升的热岩石穿透,也不会因地幔运动被下沉的岩石穿过。也有一些科学家认为:地幔作翻滚运动,很像一个汤锅中的开水,从其边界攀升出地幔柱。
40年来,科学家利用先进的地震成像技术进行着地球内部探究,展示出地球这个热力发动机的复杂性。尽管如此,科学家们仍然对“地球内部正发生着什么”这个议题不停地争论着。
地震成像清楚地显示:670千米不是绝对屏障,因为地幔运动的结果,板层已经“艰难”地穿透了这个边界。于是,主张地球内部呈多层状的科学家又将地球不可穿透的边界定在1000千米以深。
现在的地震成像显示:在非洲和太平洋板块,有两个活塞状的地幔岩石巨团。这两个岩石巨团比一般的地幔更热且呈上升状态,还是比一般的地幔有更大的密度呈下沉状态,或者它们仅仅是被动地让周围的流体左右着。对于这些问题,科学家们还在争议。
地幔底部是部分熔化岩石的薄形透镜状矿体,它们是不是地幔柱的标志呢?地质化学家通过研究地幔成分和同位素内部构造,发现地幔中有5个很久很久以前就存在的“储集层”痕迹,这些“储集层”在过去的数十亿年里很可能始终未与地幔混合。但是,地质化学家们不知道地幔中这些“储集层”究竟隐藏在地幔的哪一部位。
我们应该如何把地球那部极其复杂的巨大机器拆开,然后去探个究竟?我们还是需要有耐心。板块构造学毕竟只有半个多世纪的历史,研究地球变革的科学家应该把注意力放到海底以深的地方去。
随着地震仪在全球的普遍使用,地震成像技术也将更趋完善。目前,根据地震数据已经能够区分出温度等复合效应,能绘出更加复杂的地幔结构图。物理学家在实验室里能够筛选出关于处在地幔深处条件下岩石的诸多性质的信息,从而对地震数据做出解释。科学家将运用地震学、物理学,以及地球物理学观察(重力变化等)方面的信息来构建能准确模拟自然真实状况的模型。不过要完成所有这些任务至少还得再花40年时间。
掌握地球内部构造,还需漫长探索之路