驱动地球发电机

现任职于美国加州大学洛杉矶分校的Stanislav Braginsky在1960年代指出过，热量从地心上部的外核逸出也会导致地心固态内核体积的膨胀，产生两种另外的浮力来源来驱动对流。当液体的铁在固态内核的外部凝固成晶体时，潜在的热量——结晶热会作为副产品被释放出来。这些热量有助于增强热浮力。此外，密度较低的化合物（如硫化铁和氧化铁）被内核的结晶体排出并穿过外核上升，也会加强对流。

行星要产生自维持的磁场，还需要第三个条件：旋转。地球的自转通过科里奥效应（Coriolis effect）使地心内上升的流体偏转，就像我们在气象卫星影像上看到的洋流和热带风暴被科里奥效应扭曲成熟悉的漩涡状一样。在地心中，科里奥力（Coriolis forces）使上涌的流体偏转，沿着螺旋形的轨迹上升，仿佛沿着松弛弹簧的螺旋状金属线运动。

地球有着一个富含铁的液态地心能够导电、有足够的能量驱动对流、有科里奥力使对流的流体偏转，这些是地球发电机能够维持它本身数十亿年的主要原因。但科学家需要更多证据来回答磁场的形成和为什么随着时间的推移会改变极性等令人迷惑的问题。

根据卫星测量数据外推至地心-地幔边界的地球磁场的等高线图显示大部分磁通量是在南半球穿出地心，在北半球进入地心。但是在少数特殊区域，确实出现了相反的情况。这些反向通量带在1980年和2000年之间增长和扩张；如果它们覆盖了两极，接着就会发生极性反转。

这个临界层包裹着一个几乎纯铁的固态地心内核，深埋在厚重的地幔和极薄地大陆、海洋地壳之下。距离地表的深度约2900千米。地壳和地幔重量带来的极大负荷，造成了地核内的平均压力是地表压力的200万倍。此外，地心的温度也同样极端──大约为摄氏5000度，和太阳表面的温度相近。

这些极端的环境条件，构成了行星发电机的第二要件：驱动流体运动的能量来源。驱动地球发电机的能量，部分是热能，部分是化学能——两者都在地心深处造成浮力。就像一锅在火炉上熬着的汤一样，地心的底部比顶部热（地心的高温是地球形成时截留在地球中心的热能）。这意味着地心底部较热的、密度较低的铁趋向于上升，就像热汤里的水滴。当这些流体到达地心顶部时，会由于碰到上覆的地幔而丧失部分热量。于是液态铁会冷却、密度变得比周围的介质高，从而下沉。这个通过流体的上升和下降来自下而上传递热量的过程称为热对流。

我们生活的地球千姿百态，和我们有着密不可分、千丝万缕的联系。我们要呼吸新鲜的空气，需要洁净的水源，还要从自然界获取各种资源来生存……总之，我们的生活离不开地球，地球是我们生存的唯一家园。然而，地球的资源和承载力是有限的，如果人类无节制地向自然索取和掠夺，自然终将报复人类。因此，我们应该了解地球，和地球和谐相处，让人类生存的地球永远美丽多姿、资源可持续利用。显然，这需要我们全人类共同的努力。宣传和普及环境保护的有关知识，从自身做起，无疑是这些努力中重要而基础的一步。

青少年是祖国的未来、人类的希望，把环境教育的着眼点放在他们身上具有现实和深远的意义。培养青少年初步形成可持续发展的思路，初步养成可持续发展所要求的生活、学习和行为习惯，使他们初步养成探求务实、全球意识、主人翁精神以及对人类可持续发展的责任心，这是一个长期而艰巨的任务，需要我们长期、细致地工作。为此，我们组织编写了《绿色地球》丛书，希望能够通过对有关知识的学习，让青少年从小就有一种生态危机意识，在将来的建设中，担负起保护地球、保卫家园的神圣职责；让青少年养成良好的环保习惯，提升他们的综合素质；让保护环境成为青少年生活的一部分。当然，本书涉及的基础环境科普知识对成年人也很有帮助。环境保护，从你我做起，扩大知识面，渗透环境意识对于成年人也是极为需要的。

基于以上想法，我们对有关地球环境的相关知识进行选择和整理，分册编写了这套丛书，目的是为了让更多的人能够了解我们生存的地球，从而树立生态文明意识，促使我们的生存环境健康可持续地发展。本丛书共有12分册，其中有大气、森林、海洋、地下水、河流、动植物、土壤、山地等自然环境篇，当然也有人文环境的城市篇、低碳生活篇、农业篇、能源篇等。每分册内容都包括该册一些重要的环境科普知识、现状、问题，解决的措施等方面。除了正文外，我们还增加了“扩展阅读”这个模块，以增加本书的趣味性和丰富性。全书图文并茂，配了大量的图片来解释文字，符合青少年的阅读和心理特点。全套书在宣传地球环境相关知识的同时，时时刻刻渗透着关心环境、了解环境、为了环境的理念。希望通过对本丛书的阅读，读者能够在知识和思想上都有所提高。

储存于包气带以下地层空隙，包括岩石孔隙、裂隙和溶洞之中的水即为地下水。它是水资源的重要组成部分，对人类的生产和生活有着很大的影响。由于水量稳定，水质好，是农业灌溉、工矿和城市的重要水源之一。但在一定条件下，地下水的变化也会引起沼泽化、盐渍化、滑坡、地面沉降等不利自然现象。

本册为地下水篇，讲述地下水相关的科普知识，描述了地下水过度开采，导致漏斗形成、地面坍塌、海水入侵。为了解决地下水不合理利用产生的环境问题，要有节制地利用地下水，另外，合理利用雨水、中水、海水等水资源。此外，还介绍有趣的地下水——温泉。

此书能够最终成文，需要感谢化学工业出版社的热心推动和督促。另外，还要感谢北京师范大学的郭婉婕、郑巧芳、王晓利、马达云等协助搜集、整理资料，并编写了部分内容。在整个编写过程中，编者参考了许多国内外资料，大部分已在参考文献中列出，但毕竟水平有限，时间仓促，挂一漏万，鲁鱼豕亥之处在所难免。希望读者朋友们能够见谅，并多多地提出意见和建议！

编者

2013年6月 2100433B

中文名

工程地球物理

外文名

engineering geophysics

所属学科

物理学

应用学科

地球物理

应用领域

工程地球物理

将地球物力方法用于获得民用工程的资料。海洋测探、地震反射和折射、侧向扫描声纳、重力、磁法、电法及取样法都可以使用。常用浅层折射来求基岩深度。在水区可用大功率回声探测仪、电火花、空气枪及别的高频地震反射(高至5kHz)法来取得浅层界面反射，由此可列断基岩及充填液体的性质。这些方法也可用来确定海底或探埋海底的大型管线位置，只要探清它们所产生的主绕射。