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科学家的乐趣与危险【漫谈地球物理】之二点八: dongping2009 2009-7-24 12:22; 学者梁进老师的地球狰狞中给出了一组西班牙著名的旅游胜地之一兰萨罗特 (lanzarote) 火山岛的照片，其实，我在早些时候已经欣赏到了她在微积大自然等的文章中的部分该岛照片。该火山岛面积不大，只有 750 平方公里左右，资料显示该岛目前人口也只有 10 万，该岛最早形成于约 1900 万年前，其最近的一次火山喷发，大约在 260 年前，可以这样说，该岛实为大自然造化的典型之作。关于地热资料如何支持板块构造学说，需要更多的文字说明才能够说得清楚一些，留待我以后可能的情况下专门谈论。但学者梁进博文中谈到的兰萨罗特火山岛所在地区，地球物理学家们的研究表明，至少含有三个具有地球动力学意义的热点（图一），并且相关的证据与研究表明，这些板块内部之热点的形成，与地球深部的地幔对流有关，甚至可能包含有来自地球核幔边界处的地热信息（图二）。我们现在都知道，地震预报问题，迄今仍然处于十分艰难与初期的阶段，离成功解决仍然相当遥远，尽管国内外仍有众多地震学家们坚持不懈地努力着。因为一般性的地震预报问题，我们需要解决三个要素：震级大小、震中位置与发震时间。不过，对于火山喷发及火山型地震的预测，相应地则要简单许多，关键的一点是，我们已经知道这些火山的位置，甚至有时候也不需要考虑其震级的因素，因此在这个意义上来讲，只要知道其发震或者喷发的时间就可以了。三个要素变成了一个要素。但即使这样，我们面临的实际问题仍然十分复杂，还有很多的未知因素充盈其中，迄今对于地球表面多数的火山喷发，火山学家们仍然不能够进行准确的预报，这你从两位法国科学家一生追逐火山，最后完完全全地献身于火山研究的经历便可深深地体会，他们是火山学家卡蒂亚和莫里斯克拉夫特夫妇。同时，从这个意义上来讲，学者梁进所说的：不要总看我们任劳任怨的地球母亲那和蔼可亲的一面，她也有狰狞愤怒的另一面。如果说在地震中，人们受地球伤害的是间接通过自己的建筑，那么火山就是地球赤裸裸地爆发。的中心意思，我是非常同意的。也因此有时候，研究科学问题，也是需要具有献身精神的，当然，火山本身充满的所有问题，研究起来的同时，对于克拉夫特夫妇来讲，也具有很大的乐趣，尽管自始至终伴随着很大的困难，包括伴随着物质上的困难，例如在最初的阶段他们面临的严重经费短缺问题等等。联系到科学网上，这一段时间争论得不亦乐乎的关于教授与研究生待遇问题，与克拉夫特夫妇面临的问题相比，无论是实际层面上，还是在道德层面上，都是不在一个数量级上，则是毫无疑问的。最后，选上一段《自然大灾难》一书 22-24页中 1991 年的夏天之主要片断，纪念火山学家卡蒂亚和莫里斯克拉夫特夫妇。云仙岳位在日本九州岛的岛原半岛中部，又名普贤岳、温泉岳，海拔 1359 米，是世界著名的活火山之一，也是著名的风景区。由于它背山面海，风光十分美丽，山间有 30 处宜人的温泉，被开辟为云仙天草国立公园，占地 256.65 平方公里，是日本最早的国立公园之一。在山上可以远眺东面远处烟云缭绕的阿苏火山，南面海上的雾岛火山群，西面的野田半岛、五岛滩和北面的多良岳火山群，四面八方都是大大小小的火山锥。火山温泉的水蒸汽从浓密的树丛中袅袅升起。每年到这儿来观山、观雾、观红叶、浴温泉的游客不计其数，是日本的一大名胜。可是，它也是一个著名的杀手，历史上曾经多次喷发，造成巨大灾害。 1792 年 2 月 10 日，云仙岳东北斜坡喷火。 10 天后，熔岩流涌出，沿着山波直泻而下，把森林、道路和各种房屋建筑一扫而光。同时发生地震、海啸、山崩，死亡 15000 人，是日本造成伤亡人数最多的一次喷发。自从这次喷发后，它平静了整整 200 年，又把旖旎风光呈现在世人面前。 1991 年 6 月 3 日下午 4 点，公园里的游人还没有散尽，想不到这个用花草树木掩蔽住自己的火魔，又重新露出了狰狞的面孔。汹涌的熔岩洪流，像雨点般四处洒落的火山砾和火山灰，把这个人间天堂一下子变成了阿鼻地狱。在短短的几个小时中，岛原半岛上的好几个村庄都化为灰烬。首次冲击中，就夺去了 39 个人的生命，大多已被烧得面目全非无法辨认。可是其中至少有两个人的身份是清楚的。这是法国著名火山学家卡蒂亚和莫里斯克拉夫特夫妇。他们所爱的是火山，正是这个共同的爱好，把他们结合在一起。 1968 年，他们发起组织了一个叫伏尔甘的火山学中心，把全部精力都投在对熊熊燃烧的活火山研究上，没有心思营造自己的安乐窝。他们曾经出版过 20 多部火山学著作，拍摄过几部影片和数以千计珍贵的火山喷发照片，足迹遍及世界上所有的火山。哪儿火山爆发，哪儿出现了火山活动的预兆，他们就立刻像救火队员似的赶到现场去。火山口里涌出的烈焰，似乎就是他俩的整个生命。卡蒂亚曾经目睹过 150 多次火山喷发，世界上再也没有谁比她见识得更多了。生前她曾说过：我并非在同死神调情。但是靠近一只你不知道是否会吃掉你的野兽，这种快乐会使你什么也不在乎。这是否就是冒险的魅力？莫里斯自称是火山爆发学家，随时准备奔赴火山喷发的现场。他曾宣布说：如果印度尼西亚的火山活动了，如果夏威夷的火山爆发了，我立刻就会登上飞机，第二天就出现在现场。他们还有奇特无比的梦想：建造一座全世界第一流的火山博物馆。乘一只特制的独木舟，沿着火焰熊熊的熔岩流顺流而下。亲眼目睹一次火星上的火山爆发奇观。太阳系中最大的火星上，高 27 公里，直径 750 公里。如果一旦爆发，那该有多么壮观！可是现在来不及仔细做这些科学幻想小说般的火山梦了。云仙岳的不稳定情况，把他们从遥远的大西洋边，召唤到了东方的太平洋边。为了更加仔细监视这头地下猛兽的动静，他们走到最接近火山口的地方，准备第一个目睹火焰从地下冒起来。地下火光冒出来了，来得那样突然、那样猛烈，一下子就把他们卷进了迅速四射的发光云里。这两个火山迷失踪了。人们至今还弄不清他们是在聚精会神地工作，还是转身撤退时被火山吞没的。他们，太喜爱火山，走得太近、时间停留得太久了。云仙岳一声爆炸，把人们弄得晕头胀脑，无法仔细估量它究竟还会带来多大的灾难。一周后的 6 月 10 日，就在菲律宾皮纳图博火山爆发后的一天，它似乎不甘落后，也发出一声更加猛烈的怒吼。这真是惊天动地的大爆发，比 6 月 3 日的那一次凶猛多了。可惜嗜爱火山成性的克拉夫特夫妇没有机会看见了，这可是一次更加壮丽的火山喷发啊！标题：发表评论人： sheep021 删除回复好文请教个问题，澳大利亚的地热会不会比其他地方的大一些？博主回复：谢。是的，澳大利亚的平均地热似乎比其他大陆的平均大地热流值大一些。请看我在正文中的补充数据。; 个人分类: 地球物理|8519 次阅读|8 个评论

站在高山兮望井底【漫谈地球物理】之一点五: dongping2009 2009-5-21 16:24; 副标题：大地热流测量及其简单分析学者梁进在我上一篇博文中留言，希望我再来个系列：站在海底望星空、站在高山望井底、用苍蝇的复眼看世界、在天狼星上看地球在天狼星上看地球这任务，还是交给二傻与发发完成去比较合适；至于用苍蝇的复眼看世界，需要用到生物学方面的专业知识，对我来讲可能也有点困难。剩下的就只有：或者站在高山望井底，或者从海底望星空。我这就与大伙一起，按照梁家兄妹的指点，站在高山兮峰巅，望望井底兮牛蛙。话分两头，发发很Niubious，曾经算过一笔帐，全球每年的降水量，估算约 12 万立方千米，如以平均降雨高度 1 千米计，每年全球降雨产生的能量为12x10 19 焦耳。发发并且说明，这些能量相当于330个三峡电站一年的发电总量。发发估算的雨能确实很大，但我评论道，还有一类能量地热能，其实更大。事实上每时每刻，地球表面都以平均约每平米60毫瓦的能量，向外释放着来自地底深处的热能呢。按照发发对于雨水能的估计，地热能量的释放应为雨水能的10倍左右，达到10 21 焦耳。换句话说，地球深部每年通过地表向外散发出的能量，大约相当于3300个三峡电站全部机组开工的情况下，一年所发电力的总和。那么，我们是如何知道这些，关于地热能量的数据呢？我们知道，热的传递方式主要为三种：热辐射、热传导与热对流。由于地球内部温度从外向里逐渐升高，地热主要以传导方式从里向外传递。进一步，怎么才能捕捉到来自于地球深部的热信息呢？答案是：学者梁进所说的望望井底，给我们提供了很好的一个了解途径！强行插播广告：所谓大地热流，就是单位时间通过地表单位面积向外散发的热量。热流单位以前用 HFU来表示，现在则通用SI单位制mW/m 2 ，其关系为: 1HFU=10 -6 cal/cm 2 s = 41.84 mW/m 2 。具体做法是，首先寻找到一个井，检查井里面是否还有牛蛙一类的生物生存？若有牛蛙类生物，说明这个井的深度太浅，不合适测量使用，需放弃之。这么左挑右选的，最后我们发现，只有一类井比较合适测量大地热流，那就是钻井的井（Borehole，一说钻孔），例如为了石油勘探所打的钻井，当然废弃井也可。选好了钻井之后，下面的测量按部就班进行就可以了，首先测量井内不同深度的温度值并记下来（上图），进而便可得到其温度梯度值，同时测量一下这个井内的样品热导率，换言之，就是该样品关于热的传导效率。然后将两者相乘（下图及公式），即是该地的大地热流值。方法本身比较简单，自1939年Bullard在南非，以这种办法取得第一批大地热流数据算起，至1991年的约50年间，关于整个地球表面，科学家们已经获得了24420个这样的大地热流数值。当然，这其中有很多个数据，是用其他一些办法得到的，但这些办法采用的原理没有变化。下图给出了根据这两万多个观测数据进行的分析结果，可以看出，这种大地热流的高低分布，与板块边界具有非常强烈的相关性，那些新的板块生成的地方（洋中脊），大抵上其热流值普遍较高，基本超过 120 mW/m 2 ，最高可在 300 mW/m 2 以上，而在板块消亡的那些地方（海沟），热流值普遍偏低，基本在 60 mW/m 2 以下，甚至比 40 mW/m 2 还要低。一些基本统计数据：1 、全球大地热流平均值随资料变化也不断更新。估计为 70 mW/m 2 到84 mW/m 2 ；2 、海洋大地热流平均为78.2 mW/m 2 ；3 、大陆大地热流平均为56.5 mW/m 2 我国也是主要通过钻孔测井及湖（海）底测量方法得到大地热流数据，在这方面虽然起步较晚，但进展很快。自第一批167个中国大陆地区的大地热流数据于1988年汇编发表，至2001年底，我国学者陆续整理发表了共计862个大地热流的基础数据，并对此进行了统计分析。标题：发表评论人： rock6783 删除回复魏兄，地热能的确是一个很值得研究的领域。现在地球每年平均释放的地热能是多少？按这种释放速度，地热量还能释放（维持）多久？您认为地球会凝固吗？若会凝固的话，还会有多长时间？博主回复：呵呵，廖兄的这个问题，已经在李亚辉先生的一篇博文地球(核)会不会凝固? http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=223566 后面的评论里，问过科学网上的众家兄弟姊妹，好象廖兄自己也已经回答了这个问题，虽然我不太认同廖兄你的回答。总之一句话，廖兄与我、及我们现在活着的大伙，根本不用担心地球到底会变成啥样，人类是不是可能活不下去了。如果真有一天，地球不适合我们人类生存了，那么我敢说，肯定与地球本身无关，主要原因是我们人类自己给折腾的，给捣鼓的，搞得我们自己在地球上活不下去了，而那时候地热能肯定还在按部就班地释放呢。; 个人分类: 地球物理|7514 次阅读|12 个评论

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