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凡尔纳一次失败的幻想
--无法实现的地心之旅
陶世龙
儒勒·凡尔纳一次失败的幻想
法国作家儒勒·凡尔纳以科学探索为题材的幻想小说，充分利用当时人类已知的的科学知识，在此基础上预测未来，奇想联翩，风靡一时，而如探月潜海，启迪后世，更为人所赞颂。但他在1863年创作，1864年出版的《地心游记》（Voyage au centre de la Terre ，英文译为Journey to the Centre of the Earth.日译为地底旅行 ，鲁迅曾译出部分，也作“地底旅行。）文字固富于诗意，幻想却是失败的，小说中的探险者们，所到达的地方，远不是地心。
《地心游记》讲的是，莱得布洛克教授和他的侄儿阿克赛在一位向导的帮助下，经由冰岛一个暂时沉寂的火山口，沿岩石中的洞穴而下，历经险阻，终于抵达地心 ，最终奇迹般经由一次火山爆发，从地中海那边另一个火山口喷回到了地面。
固体地球的平均半径长度为6371公里，而由岩石构成的表层，厚度不过几十公里。许多火山的本源就在这岩石层中间，聚集在那里的熔融物质可以来自更深的地方，但离地球的中心 仍远着哩！小说中的主人公，仅仅在这岩石层中转悠了一趟，凡尔纳便当着游过地心了，因为他设想地心是空的。
虽然现在我们对地心的状况仍有许多不清楚的地方，但已找到足够的证据说明地心不是空的。
为什么儒勒·凡尔纳这回的幻想失败？一个根本原因是人类仅就耳目所及，所能得知的的地下深处的情况，实在是太少了，难怪无论是东方还是西方，都曾以为地下是一个黑暗的不可知的幽冥世界；再一个重要原因是，凡尔纳不是以当时地质学家已得到的科学材料为基础，而是立足于美国步兵团一个叫约翰•克里夫斯•西姆斯的人提出的，毫无根据的“地球空心说”去发挥想象。难怪他虽突破了神话传说的窠臼，却建立不起 有科学意义的幻想。
早期地质学家的误会
在儒勒·凡尔纳 的时代，地质学作为一门学科已建立起来。但对地球内部深处的了解。仍微乎其微，地质学家从火山喷出大量熔岩和气体的现象、联系到地球是一团炽热的星云凝聚而成的假说，设想有一种叫做"岩浆(magama)的液态物质充满着岩石层下的地球内部。这种岩浆，被认为是以硅酸盐为主并含有许多气体和水分的高热熔浆，这些气体和水汽,在地下压力很强大的环境中,可以被容纳在高热的熔浆里，其存在的形态和开锅的稀饭差不多，故得了magama之名.当它冲出火山口时，受到的压力突然减轻，气体和水分马上快速地脱离出来，形成冲向高空的烟云；留下在地面流动的 ，是失去了挥发分 、冷却后就成为岩石的“熔岩(lava)”。顺带说一下，现在有些文章常把岩浆和熔岩混为一谈，其实它们不是一回事。
按照地球是一团炽热的星云凝聚而成的设想，在它的演化过程中，外部散热快，先冷却，凝结出一个由坚硬的岩石构成的壳层。这种解释显得合乎逻辑，曾为许多人所相信，包括地质学的奠基人 英国的郝屯（Hutton, James, 1726-1797)和莱伊尔(Lyell, charles, 1797-1875)。
郝屯设想山岳高原的隆起，是岩浆上涌推动的结果；在一些地方岩浆突破封闭冲出，是为火山爆发；莱伊尔则首次将人们看得到的岩石表层，称为“地壳”。(Lyell, charles, 1835,地质学原理第三版， London, Murray ,v.4,P.323)。
地壳的英文本名为crust，在英文中，地壳和通用的“壳”是同一个字；译成中文时，在前面加了个“地”，成为一个专有名词。取名地壳，便有表示地球内部是液态，岩石表层不过如一层薄壳之意。这种观念沿用了多年，将地球比为鸡蛋，地壳比为鸡蛋的蛋壳，至今也时有所见。
郝屯等地质学家提出地球内部为炽热的岩浆所充满，相对于“空心说”，更符合科学的观念；但仍只是一种假说，当时就有人怀疑，后来的发现和研究结果更证明。岩浆是在一定环境中和一定的条件下才会产生的局部现象。地心究竟是什么样子？直到今天也不完全清楚 ，但认识终究逐步在提高。
地球空心说不能成立
认识地球内部状况的最大困难是，人能直接取得的观察材料所能到达的深度，仅及地球半径的千分之几，即使在今日，向地下打钻，可超过万米了，仍比不上给大西瓜扎出一个小针孔。所以 还有许多未解之谜，并给人们留下巨大的想象的空间。但地球空心说是确定不能成立了。
地球内部状况虽难以直接观察，但是，从其他方面得到的材料，有的可以作为了解它的的旁证。譬如整个固体地球的体积和质量，是可以用物理学的方法计算出来的，从而也能求得它的平均密度，假使 地球内部是空的，那么固体地球的平均密度应低于岩石的密度。但是早在1799年，出生于法国,被称为第一个称地球的人,英国科学家卡文•迪许（1731-1810）应用万有引力定律,和他根据约翰•米切尔(1724-1793)设计的方法制作出来的扭 秤,就已测出地球的平均密度为水的5.48倍,超过岩石的密度，他还提出,这个密度随着深度增加而增加，地球中心的密度最大。
卡文迪许的实验和理论,后来为许多人的重复测定所证实,并取得更精确的数据.
现代测定的地球平均密度为5.517克/立方厘米;
上部岩石圈的平均密度为 2.65克/立方厘米
如果地心是空的,地球的平均密度怎能高于岩石的密度呢。
因此地球空心说,不是什么科学假说,只是在科幻电影和小说中还有用来虚构离奇故事的。至于散布什么外星人就住在空心的地球的里面，并在这里控制着地球，更是蛊惑人心的邪说。
终于找到了在一刹那间照亮地心的明灯
蜀道难，难于上青天。要想进入地心，那就更难。可以说到地心一游，简直没有可能。
直到上世纪初，除了火山喷发时人们能看到一些来自地球内部的东西，再没有其他地心的可靠信息，要了解地球内部的情况，犹如在暗夜中摸索。
给人们带来洞察地球的希望的竟是地震！
就在《地心游记》问世前不久，科学家发现，地震时人们感到的震动，是从震源传出的弹性波在地壳中传播的表现。并识别出在这地震波中包含着两种波动：一种是质点震动方向与传播方向一致的纵波，一种是质点震动方向与 传播方向垂直的横波 。横波传播时，要求传播它的介质改变形状，因此只能在固体中传播，在无形的气体和液态中不能通过；纵波则没有这种要求，在固体、气体和液体中都能传播。
十九世纪末和二十世纪初，记录地震波的仪器，不约而同地为英国、德国和俄国的科学家发明并用于观测。1897年，德国地球物理学家维捷特（Wiechert，Johann Emile，1861-1928）通过理论计算，推测地球只是核心部分为液态，其成分主要是铁，而在这个液态的地核之外，全为岩石质的固体物质所包围，其厚度可达1500公里，他把这部分命名为Mantel，英语译为Mantle，中文译为地幔。1906年英国地质学家、地震学家奥尔德姆(Oldham, Richard Dixon,1858-1938)以地震观测得到的结果，证实了维捷特的推测，但界面所在的深度相差很大。1913年,时在德国后来移居美国的地球物理学家古登堡(Gutenberg,Beno 1889-1960)经过反复研究，确定地核与地幔的分界面在地下2900公里深处，以后的研究未再有大的修改，这个分界面被命名为古登堡面。
1935年，丹麦地震学家雷曼对地震波中微弱信号的研究，认为在液态的地核中，还存在着一个固态的内核；1954年，澳大利亚的地震学家布伦对地球密度和弹性系数分布的研究即，进一步证明这个假设的可能。
于是我们看到，地球内部不仅不是中空的，而且大部是固体。仅地幔就要占去固体地球体积的82.3%.而这一来地壳也就失去了提出时的意义。人们也自然会想到，这地壳和地幔既然都是岩石或岩石质的物质，它们之间的界限如何划分呢？
1909年，南斯拉夫地震学家莫霍洛维奇研究了发生在库尔帕河谷一带的地震记录，发现纵波在地下50公里一带速度突然增大。进一步的研究得知，这种在地下几十公里深处地震波传播速度突然加快的变化，是全球性的现象，不过深度不一，大陆下面常为三、四十公里，海洋底下一般不到十公里。此界面显示明显，被命名为莫霍洛维奇面，简称莫霍面。现在一般都以莫霍面作地壳与地幔之间的分界。
莫霍面以上的地壳，是以硅酸盐矿物为主体组合而成的岩石构成的，上下有所不同，上部的岩石含铝较多，花岗岩是它们的代表；下部含镁较多，玄武岩是它们的代表。这种化学成分差异，也表现为比重、颜色等物理性质的不同，花岗岩色浅，较玄武岩轻；玄武岩色深，中文译为玄武，就有此意。由于存在差异，地震波在通过时速度也就不同，在从花岗岩层进到玄武岩层时，便会在地震记录上表现出来。1923年，奥地利地震学家康拉德发现了这个界面，他也因而留名后世，这个界面被，命名为康拉德面。
莫霍面以下，和地壳紧贴在一起的地幔上部边缘，也是以硅酸盐矿物为主体组合而成的岩石构成的，只是含镁更多了，比构成地壳的岩石更重，橄榄岩是它们的代表，它和地壳中的岩石一样坚硬。
再往深处去，是不是也是这种情况呢？
还是依靠地震波穿越地区内部带来的情报，经过几十年的积累，特别是1960年智利大地震，和几次核爆炸留下的记录，科学家们确定，在地幔上部100公里上下一带，存在着一个地震波传播速度减缓的“低速带”，对此现象的解释是这里的岩石虽仍是是固体，但具有塑性，即在可以改变形状而不破裂，这一层被称为“软流圈”。
因此，分布在地幔上部边缘一带的岩石，其厚度也有限，现在人们常把它和上面的地壳合起来称为岩石圈，也有人将地壳作为岩石圈的同义语。软流层的厚度也是又限的，其边界还不那么清晰和确定。穿越软流圈，下面又是刚硬的岩石，不过一般在地表看不到了，更多的情况出于推测。不过这推测并非没有根据的玄想，主要因为有这地震波，它们是真正到地心旅行过的信使。
正如近代地震仪的创制者俄罗斯地震学家伽利津王子所说：我们可以认为地震是一盏灯，它在很短一个时间内是点燃着的。
地心之谜正在破解
不仅有地震波带来消息，通过模拟地球内部温度压力等条件所做的实验，对比陨石和探测太阳系其他星球所得的材料。地心虽不能至，它的状况终究逐渐明亮起来。但地心中的未解之谜仍然很多，还需要继续探索。这里只是确认了地球并非中空和消除以为地球内部充满着炽热岩浆，地壳好似鸡蛋壳的误会。
陶世龙，2003/01/21，于北京 |
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发表于 2005-11-25 19:39
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