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纳迪娅的纸质地球:火山岩浆究竟来自何方
纳迪娅原以为岩浆是从地核一路向上流淌的,直到一个等比例的地球分层模型让她发现,地壳比铅笔线还要薄,而地幔则是坚硬的岩石。通过一个冰块加盐的实验和一股热水羽流,她和托马斯弄明白了岩浆究竟是在哪里形成的,以及它为什么会向上升起。


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纳迪娅的六年级班级正在制作一个巨大的纸质地球模型,它被切开展示,好让大家看清内部的圈层。她和好友托马斯的任务,是标出火山的岩浆究竟来自哪里。纳迪娅拿起一支红色马克笔,从发光的地心径直向地表的一座山画了一条粗粗的管道。“岩浆来自炽热的地核,”她宣布道。托马斯歪了歪头,问那条管道在现实中究竟该有多长。

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纳迪娅用一根绳子拉直测量纸圆心到边缘的距离:三十二厘米。地球的实际半径大约是六千四百公里。“所以我们纸上的每一厘米代表两百公里,”她在心里心算着。这样一来,地幔在他们的纸圆上大约厚十四点五厘米。液态的外核大约是十一厘米,而固态的内核大约是六厘米。

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接着,纳迪娅算出了地壳的厚度。在大陆下方,地壳大约有三十五公里厚,缩放到他们的纸圆上还不到两毫米。她画的那条红管道必须穿过整个地幔——那是将近三千公里厚的坚硬岩石,每年只蠕动几厘米。托马斯拿来了班上的泡沫地球仪,上面用红大头针标出了世界各地的火山。大多数大头针都整齐地排列在板块之间绘制的裂缝边缘。

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纳迪娅把自己画的那条管道划掉了。如果岩浆是在板块边缘附近形成的,那么那里一定有什么东西促使坚硬的岩石熔化了。她想起来,在一个板块滑入另一个板块下方的地方,下沉的板块会把海水一同带下去。水能让炽热的岩石更容易熔化吗?真正的地幔岩石是不可能带到课堂上的,于是她打算用同一个冰格里的两块冰块和一勺盐来做个替代实验。

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纳迪娅在两个碟子里各放了一块冰块,只在左边的冰块上撒了盐。冰块代表地幔岩石,而盐代表下沉板块带下去的水。十分钟后,撒了盐的冰块浸在一大滩水里,而另一个冰块表面只有一层薄薄的水膜。“盐降低了冰的熔点,”托马斯说。“水也可能以类似的方式降低炽热岩石的熔点。”

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接下来,他们需要弄清楚岩浆为什么会穿过数公里的岩石向上攀升。托马斯在一个高玻璃罐里装满室温水。纳迪娅在一个小瓶子里装满冰箱里的冷水,加入红色食用色素,然后把开着口的小瓶子沉到大罐子底部。红色的水滑了出来,像水坑一样在地表摊开。“冷水的密度更大,所以它留在底部,”纳迪娅皱着眉头说。

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纳迪娅冲洗了小瓶子,重新装上热水龙头里的热水,并滴入两滴红色色素。这一次,一股红色的水柱从小瓶子里盘旋升起,并在大罐子顶部扩散开来。温水所占的空间比同等量的凉水稍微多一点,因此密度更小,会向上漂浮。岩浆也是以类似的方式上升的,因为熔化的岩石密度比周围坚硬的岩石要小。

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地壳太薄了,无法在上面画出细节,于是他们剪了一条长长的纸板,用来展示最上面两百公里的特写。在上面,纳迪娅画了一块大洋板块以平缓的坡度滑入大陆板块下方。在地下大约一百公里处,正好在下沉板块的上方,她点了一块红色的新生岩浆囊。托马斯画了一条裂缝,从岩浆囊向上延伸到一座锥形山下方的岩浆库。

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纳迪娅分层搭建了这座山,因为下沉板块旁的火山是经过多次喷发逐渐形成的。她将代表火山灰的薄薄灰色黏土和代表熔岩的红色黏土条一层叠一层,堆成一个陡峭的锥体。在长纸板的另一端,托马斯添加了火山形成的第二种地点——两个大洋板块相互拉开的地方。在那里,上升的地幔岩石会因为挤压它的压力下降而熔化。

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在展示日那天,同学们围在纸质地球和长长的特写纸板周围。其中一个同学拿了一支铅笔放在地壳旁边,忍不住笑了,因为铅笔比地壳还要粗。托马斯再次把装有红色热水的小瓶子放进罐底。纳迪娅指着升起的红色羽流,又指了指纸板上的红色岩浆囊,全班同学都探过身来,看着那抹红色一路向上攀升。


