我们怎么知道地核是什么样子的?

如果我们不能下去,我们怎么能确定地心是什么样子呢?
2023年2月24日

采访

詹姆斯·杰克逊,剑桥大学

地球

“蓝色大理石”是1972年12月7日阿波罗17号宇宙飞船上的宇航员在距离月球约29,000公里(18,000英里)的地方拍摄的一张著名的地球照片。它展示了非洲、南极洲和阿拉伯半岛。

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我没有被我的演示吓倒,因为了解地球表面很重要,而且了解地球内部的情况也很重要。从一个显而易见的问题开始,我们怎样才能知道地球的中心是由什么组成的……

威尔——我面前有两个彩蛋,我想让詹姆斯也参与进来,因为我的演示给了他惊喜。他不知道这里发生了什么。你们俩之间,这两个人有什么能让你知道地球内部正在发生的变化吗?

詹姆斯-我猜它们都差不多是球形的,嗯,这个看起来像是它的内部是中空的,我很确定地球内部不是中空的。我可能错了。

威尔,我们面前有两个鸡蛋,我的问题是,你们能不能通过观察这两个鸡蛋的内部来告诉我这些鸡蛋的内部情况?

阿米莉亚-你什么都说不出来。

詹姆斯?

詹姆斯-嗯,是的。忽略其中一个盒子上的蛋的图片。<笑>,什么都没有。

新演讲者:如果我向你们两个提出挑战,你们如何在不打破鸡蛋的情况下找出里面的东西?你会怎么做?

阿米莉亚-也许摇一摇,看看里面是什么?

威尔-也许摇一摇?

詹姆斯-她很好。

威尔-她很好。所以如果你把这个蛋摇在这里…<沉默>。什么都没有。然而,如果你在这里摇这个蛋

阿米莉亚-
它不是空的。

威尔-这不是空的。因此,我们是否可以假设,通过振动这个“鸡蛋地球”,你可以找到中间不同密度的位置?你可以找出是什么构成了这个“蛋地球”的中心?

阿米莉亚-有可能。是的。

詹姆斯-是的。似乎是可信的。

威尔-貌似有理。你觉得我说对了吗?

詹姆斯-是的。谁能告诉我们更多?

Will -很高兴你问了<笑>。

我们称之为部分成功,但很明显,你只能用巧克力蛋来解释这么多。于是我又问了詹姆斯·杰克逊一个问题,我们怎么能对地球的中心知道这么多?

詹姆斯-我们怎么可能知道?因为你不能下去。我们是通过观察声音来知道的,声音是如何在地球上传播的。所以我们不能到达地心,但是声音可以,这是你们所熟悉的。你总能看到一些照片,母亲们去医院接受超声波扫描,检查腹中的婴儿。这是通过把声音传送到身体里然后声音被物体反射回来。它绕着物体运动,你观察它是如何穿过身体内部的,这样你就能准确地构造出身体内部的结构。这和我们用来观察地球内部的技术完全相同。事实上,地质学家很早以前就发现了这一点因为地质学家在1920年就发现了这一切,这比任何人想到用它来观察人体内部要早得多。但科学原理是完全一样的。

威尔:在整个地球和人类婴儿的大小之间有一个轻微的差异。所涉及的振动有多大?

詹姆斯:所以,如果你在观察人体内部,你处于一个很好的位置,因为你可以用麦克风完全覆盖身体。你可以有小声源,不停地响。你可以完全控制声源和接收器的位置。我们无法控制地球上的麦克风。我们使用的声源是地震,自然地震。因此,一场相当规模的地震会让地球上的所有地方都能感受到声音。你可以很容易地把它记录在另一边。当然,你的传感器,你的接收器是一种叫做地震仪的仪器,这是一种聪明的说法,它是一个麦克风,可以接收到地球上的振动。当然它们都在陆地上,因为那是我们生活的地方。它们在海底的数量很少。 And furthermore, the earthquakes are only in special places. The earthquakes are not everywhere, they're on the edges of these plates. And so we are much less in control of what's going on. We don't have earthquakes everywhere we would like them, and we don't have receivers everywhere we would like them. But we do have a lot of them and we do the best we can. But it means that we know some places in better detail than other places. That's all.

威尔-那这是怎么回事?振动会穿过地球吗?在人口密度不同的地区,他们会被耽搁吗?

詹姆斯:是的。它们运动的速度取决于物质的密度,所以这让你对发生了什么有了一些了解。但材料的密度也取决于它的温度。所以在温度高的地方,它们运动得慢,在温度低的地方,它们运动得快。因此,我们还可以使用其他技巧来准确地了解地球内部的变化。

当振动通过不同密度的区域时,这些不同材料之间的延迟有多大,你才能得出“啊,这是聚合物A还是物质B”?

詹姆斯:例如,声音从这里传到世界的另一边大约需要18分钟。所以如果英国发生地震,地震传到新西兰需要18分钟。你看到的平均延迟是正负的,比如说10秒。那种延迟。很容易发现,‘哦,它比它应该来的早一点,或者比它应该来的晚一点。这是因为它在路上经历了一些不同的事情。”这可能看起来不多,但实际上是很多。如果地球上有成千上万条不同的路径在不同的地震和不同的接收器之间,你就可以把它们放在一起,在三维空间里看到它在哪里,是什么导致了延迟或加速。

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