
国产科幻影片《流浪地球》系列讲述了这样一个故事:由于太阳加速膨胀,在不久的将来会发生氦闪危机,吞噬地球乃至整个太阳系,人类不得不背井离乡——带着地球在黑暗无际的宇宙中流浪。带着地球流浪,不是一趟说走就走的旅行,它是一项复杂工程,需要做好各项准备,考虑清楚种种可预见的以及不可预见的问题,其中首当其冲的就是能源问题。要知道流浪需要几千年,甚至几万年的时间,煤炭、石油、天然气都会耗尽,即使是核能也充满了许多未知。假如真的有那么一天,还有没有其他能源,能让人类安全、放心、长久地使用呢?有!这就是来自地球内部的能源——地热能。
外温内热的地球
在影片中,人类搬到了地下500米深的“地下城”中居住。为什么要选择这里呢?这是因为地球外温而内热,“地下城”既安全又温暖,非常适合人类居住。此外,人类打通了地壳到地核的通道,可以利用地球深部的热能发电,用以解决能源问题。据估算,只要技术条件具备,地热资源可供人类使用二三十亿年,依靠这些能源,别说流浪到比邻星,就是流浪到河外星系都有可能。
或许有人会感到奇怪:地球的内部蕴藏着这么多的热量,为什么我们感受不到呢?这是因为地球具有圈层结构,就像穿了一层层厚厚的外衣,将内部的热能严密地包裹着。
如果科学家真能发明出影片中的“深地电梯”,我们搭乘着它从地表到地核,那么就能够直观感受到温度的变化。我们首先经过的是地壳部分。地壳是地球外表最薄的一圈,平均厚度约17千米(陆地区域平均厚度约33千米)。与地球半径相比,地壳很薄,但它与人类的关系最为密切。地壳自上而下大体可以划分为变温带、常温带和增温带三个带。变温带处在地表的最外层,它的温度主要受太阳辐射影响,随着昼夜、季节的变化而变化。目前地表常年平均温度约15℃,若没了阳光的照射,地表温度就会急转直下,影片中的情景(地表温度达到零下七八十摄氏度)就会出现,地球会变成冰球。不过,由于日地相隔遥远,太阳的威力是有限的,一般只能辐射到地下几米、十几米深(即使在高原和低纬度地区,最深也就是几十米到几百米)。这个深度的地层对光照具有缓冲作用,冬天不太冷,夏天不太热,所以农村的地窖、窑洞通常就只挖到几米、十几米的深度。如果再挖深一点,到20~30米,就到了常温带,那么太阳辐射已是强弩之末,来自地球内部的热能刚好抵消上部地温的变化,使这一层的温度处于常年稳定的状态——十几摄氏度。如果水井刚好处在这个深度,那么夏天的井水可以用来冰镇食物,冬天则可以用来盥洗。再往深部去,就是地球内热正式生成的地方,一直到地壳底界。这一厚达十几千米的地带,平均每深100米,温度就上升3℃,这一地带就叫作“增温带”。

地表下17~2900千米的部位被称为“地幔”,它介于地核和地壳之间,由致密的造岩物质组成。那么,这些物质是固态还是液态的呢?这不仅与温度有关,还与压力有关。根据地震波传播曲线可以发现,在地表下410~660千米的地方存在一个过渡带,其上为上地幔,高温作用使岩石物质呈熔融态;其下为下地幔,高压作用使物质呈可塑性固态。

