水似乎无孔不入,为什么没有全部渗入地球内部?
俗话说,人往高处走,水往低处流。水是一种无色透明的液体,在重力的作用下总是趋于流向海拔最低的地方。水作为一种流体,就是哪里地势低,哪里有缝哪里填。
渗入是指水分子以扩散的方式进入多孔疏松的物体。地球表层主要是土壤和岩石,水似乎总能够以渗透的方式进入地下,形成地下水资源。凡是有孔隙的地方,似乎都能被水渗透。那么为什么这些水没有渗入地球内部呢?
这些水之所以没有全部渗入地球内部,是因为地球内部温度高、物质密度大。
水在常温常压下的密度通常为1克每立方厘米。岩石的密度通常比水大,在重力的作用下,岩石一般都会沉入水底。越深入地下,压力越大,在超强的压力作用下,岩石的密度会变大。地球表层岩石(主要是地壳)的平均密度在2.2~2.9克每立方厘米,地心处的物质密度更是高达13克每立方厘米。
密度越大,孔隙越小。越深入地下,物质密度越大,水也就越难以渗入。即便在1万米深海,那里的压力是大气压的1000倍,水的密度仍比岩石小。
此外,越深入地下,温度也就越高。地心处的温度与太阳表面的温度相当,高达5000℃以上。然而在高压作用下,这里的物质仍然是固态的。这些热量主要来源于地球诞生之初的余热、地球内部放射性物质的衰变和天体间潮汐作用产生的摩擦热。
水在常压下的沸点为100℃,在高压环境下,沸点会升高。一般在地下40公里处,温度就高达600度了,也足够使水沸腾了。
正是这两个原因,所以水很难渗入地球内部。
地球是一颗岩石行星,平均半径6371千米。在地球诞生之初,那时地球还处于熔融状态,密度大的物质下沉,密度小的上浮,随着温度下降,才逐渐形成了各种稳定的圈层。科学家通过探测地震波等信息了解地球内部的状况,方式类似于CT。地球可以分为内圈和外圈,地球内部圈层由内到外可以分为地核、地幔和地壳,外部圈层则包括水圈、生物圈、大气圈。
地核、地幔和地壳就如同蛋黄、蛋清和蛋壳,一层包裹着一层。研究表明,地壳非常薄,平均厚度仅为17千米。地壳和地幔主要是由岩石构成的,而地核则是由铁镍等金属构成的。通常岩石圈就是指地壳和上地幔顶部软流层以上的区域,这部分都是由坚硬的岩石构成的。虽然地幔和地核中都存在液态物质,但密度都非常高。
一般而言,地表水最多能渗入至地下400千米处。
因为在上地幔顶部存在一个软流层,厚度为80~400千米,主要由熔融状态的岩石构成,岩浆就发源于此。软流层中的物质呈液体状态,并且密度大、温度高、厚度大,水和水蒸气都渗透不过去。研究发现,岩浆的形成就需要水的参与。渗入此处的水,会通过火山喷发、地质运动等方式回归地表。
此外,科学家发现,在地球的上下地幔的过渡带中也富含丰富的水,严格来说是水分子,在高压的作用下,它们都被锁在了林伍德石的晶格当中,基本不参与自然界中的水循环。这些水在地球诞生之初就已经存在了,应该不是从地表渗下来的。
地球是由太阳形成之后的尘埃形成的,地球在诞生之初就拥有水,此外,太阳风、彗星等也会带来水。整个地球上的水资源大约为14亿立方千米,其中97%的水都存在于海洋之中,而整个地球表面大约70%的面积都被海洋所覆盖。海洋是地表水循环过程中的重要一环。全球海洋的平均深度大约为3600米,海洋中最深的地方是马里亚纳海沟,深达10000多米。
地球上水的总量基本上保持不变,这些水只是以不同的方式存在于自然界中。在太阳光等能量的驱动下,水的形态不断发生转变,通过蒸发、凝结、降水、渗透、流动等方式,不断地循环。