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走廊里的地球长卷与埃尔吉耶斯山的岩浆

在开塞利上六年级的黛芙内和凯雷姆,在学校走廊里铺开了一条按比例绘制的地球圈层长卷。当长卷展现出地壳是多么薄,而地幔又是多么厚重且坚硬时,他们通过冰块和热水的实验,亲自找出了岩浆是在哪里形成的以及它为何会上升。

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从黛芙内教室的窗户望出去,埃尔吉耶斯山巍峨的山顶清晰可见。科学课上,大家正在学习地球的内部圈层,课间休息时,她的同桌凯雷姆兴奋地提出了一个理论。“我觉得埃尔吉耶斯山下面有一根充满火焰的管道,一直通到地球的最中心,”他说。黛芙内从没想过这根管道会有多长,好奇地皱起了眉头。第二天早晨,她夹着一大卷纸和一把卷尺来到了学校。

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黛芙内知道地球的半径大约是六千四百千米。她决定纸上的每一厘米代表十千米,这样这条纸卷就会有六百四十厘米长。凯雷姆把纸卷沿着走廊铺开,并用卷尺测量了它的长度。黛芙内用彩色颜料标出了各个圈层。地幔占了两百九十厘米,液态外核占了两百二十五厘米,而固态内核则占了一百二十二厘米。

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而地壳在长卷的顶端仅仅是一条三点五厘米宽的细线,因为大陆下方的地壳厚度大约只有三十五千米。凯雷姆从长卷的开头走向地心,走了十多步。这时,黛芙内看着教室里的泡沫地球仪:代表火山的红头针大部分都沿着板块交界的断裂带排列。而且,地幔并不是熔融的液体,而是每年流动几厘米的坚硬岩石。“你的那根管道,必须穿透地幔这两百九十厘米厚的坚硬岩石才行,”黛芙内说。

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那么在板块边缘,坚硬的岩石又是如何融化的呢?黛芙内读到过,当一个大洋板块俯冲到另一个板块下方时,会把海水也一同带入深处。也许水能让滚烫的岩石在更低的温度下熔化。把真正的地幔岩石带到教室里是不可能的,于是黛芙内设计了一个类比实验。她从小卖部要来了来自同一个容器里的两块冰块、两个小盘子和一小撮盐。

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黛芙内把冰块分别放进两个盘子里,只在左边的冰块上撒了盐。在这个实验中,冰块代表地幔岩石,盐则代表俯冲板块带入深处的水。十分钟后,撒了盐的冰块周围汇聚了一大滩水,而另一个冰块周围几乎还是干的。“盐降低了冰的熔点,”凯雷姆兴奋地说。“水应该也是用类似的方式,降低了滚烫岩石的熔点。”

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接下来的问题是,岩浆为什么要穿透数千米的岩石向上涌出。凯雷姆把一个大玻璃罐装满了室温水。黛芙内往一个小瓶子里装入冰箱里的冷水,滴入红色食用色素,然后用绳子把敞着口的小瓶子沉入玻璃罐的底部。红色的水没有往上冒,而是像地毯一样铺展在罐底并停在那里。“冷水密度更大,所以它乖乖待在下面,”黛芙内撇着嘴说。

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黛芙内倒空了小瓶子,这一次接满了水龙头里流出的热水,并加了两滴色素。瓶子一沉入底部,一道红色水柱便蜿蜒升起,在水面上扩散开来。受热的水会略微膨胀,也就是说,它比同样数量的冷水占据更多的空间。因此它的密度更小,会向上移动。岩浆也是因为密度比周围的坚硬岩石小,才会慢慢向上渗出。

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长卷开头的二十厘米代表地下最表层的两百千米,由于太小而无法画出细节。因此,他们决定把这一部分作为特写画在一张大卡纸上。黛芙内画了一个大洋板块倾斜俯冲到大陆下方的景象。在约一百千米深的地方,也就是俯冲板块的正上方,她点上了一个红色的岩浆囊。凯雷姆接着从那里向上画了一条裂缝和一个岩浆房。

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黛芙内知道,像埃尔吉耶斯山这样陡峭的山峰不是一次喷发形成的,而是几十万年来层层堆积的熔岩和火山灰构成的。她在卡纸上交替铺上一层层薄薄的灰色黏土和红色黏土条,做出了一个尖尖的圆锥体。凯雷姆则在卡纸的另一端画了一处大洋底,那里的两个大洋板块正缓缓彼此远离。在那里,从深处升起的地幔岩石因为承受的压力减小而发生了部分熔融。

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展示成果那天,同班同学们沿着走廊里的长卷,从代表地壳的细线一直走到了代表地心的金色部分。有人把两根手指放在地壳上,发现这个圈层居然只有两指宽,惊讶地笑了出来。凯雷姆再次把装有红色热水的小瓶子沉入玻璃罐底。黛芙内先是指了指升起的红色水柱。接着,她把手指从卡纸上的岩浆囊,慢慢移向了窗外在阳光下熠熠生辉、巍峨耸立的埃尔吉耶斯山山顶。

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