現代地球物理野外測量，對地殼變化提供了相當詳細的研究成果。對許多陸地上的人工震源和天然地震的研究確定了地質上不同的大陸地殼岩石具有不同的物理性質。古老前寒武紀地質區域的地殼構造最簡單、厚度最均勻，如西伯利亞、加拿大和澳大利亞的廣大地塊自前寒武紀末幾乎幾千萬年來未曾經受變動。較年輕的地區諸如北美西部地殼由厚度和傾向不同的地殼組分構成。
識別地殼岩石詳細構造的努力很大程度上依靠石油勘測工業中發展起來的高技術。放在卡車上的震動裝置由一個大電動機提供地震波的能源。在20秒內，起震器最高可達30噸的垂直力以大致像正弦波的形式作用於2米的地麵上。其頻率可在20秒左右緩慢變化，震動周期大約在8～32赫茲間線性變化。從地殼構造反射來的信號被安置在橫過地麵剖麵上的許多地震儀的磁帶記錄下來。在一些雄心勃勃的實驗中，上百台地震儀以100米的間隔安放在10千米長的剖麵上。這種方法不需要在鑽孔中爆破，而且科學家能簡便地控製波源的特征。
現代專家們對了解地殼構造如何影響地震波方麵取得了顯著進展。因為現在已能記錄到各種不同波長的波。人們能夠追蹤長波長麵波的波前通過不同地殼構造的情況，它很像末談到的大洋滾浪繞射過突出的岩角，傳向被它遮擋在後麵的海灘。計算機模擬南加州1985年惠蒂爾·納羅斯地震從震源向北運動的勒夫麵波的變化著的波前圖像。該波前通過3條寬闊地殼帶：西部沿海岸的混合變質岩、中部加利福尼亞大穀的深沉積物和東部塞拉內華達花崗岩。勒夫波在花崗岩中傳播較快，在沉積物中較慢。通過塞拉內華達的勒夫波跑得快，跑到它西麵鄰居——岩石剛性較低的大穀的波的前麵。計算出來的圖像被北加州地震觀測台對1985年地震的實際記錄所證實，並且通過波前的真實測量改進了初始計算時依據的地殼模型。
16.大西洋中脊之謎
大西洋是世界上的第二大洋，之所以被稱作大西洋，是古羅馬人根據非洲西北部的阿特拉斯山脈命名的。大西洋也是地球上幾個大洋之中最年輕的海洋，現代科學一直認為它是由大陸漂移引起美洲大陸與歐洲和非洲大陸分離後而形成的。雖然科學家們現在還沒有找到足夠的證據證明，大西洋早在1～1.2億年前就已存在，但美洲大陸是在近2億年內隨著大陸漂移才開始與歐洲和非洲大陸分離的這一說法，還是被大多數科學家都承認。而這次分離的中心點就位於現在冰島北部的某處；分離的中線就是大西洋海嶺，它是地球上最大的山脈——大西洋中脊的一部分。大西洋海嶺是大洋中脊中比較典型的部分。
大洋中脊綿延4萬多海裏，其寬度約為1500千米，它穿過了地球上所有的海盆。其中大西洋海嶺最明顯的特點就是高度變化幅度比較的大，從深海平原開始，海嶺逐漸升高，形成了崎嶇不平和有大斷裂的海底山峰，峰巔距水麵約1800米，距海底約1000～3000米，沿海嶺中軸，有一條很深的裂穀，穀底比側峰低約1800米，寬約21～48千米，這個裂穀表示出大西洋海底兩側的分裂帶。
大西洋中脊自北部的冰島起，至南部的布維島止，長約15000千米，巍然聳立於洋底，山脈走向也與兩岸輪廓一致，呈“S”形，距東西兩岸幾乎相等，位置居中，“中脊”之名由此而來。
大西洋中脊的高度平均高出海底2000米左右，有的地方高出4000米，部分地方甚至高出海麵成為島嶼，如冰島、聖帕維爾島、亞速爾群島、聖赫勒拿島等，並常構成火山島。像亞速爾群島、加拿列群島等都發現有活火山活動，沃茲涅先尼亞群島和冰島也是由火山構成的。
在1957年9月27日，亞速爾群島的法亞爾島上，被稱作卡皮利紐斯的水下火山噴發了。一夜之間，在原來水深50米的地方，由火山噴出物突出海麵形成一座山丘，這塊新的陸地已高出水麵115米。而且噴發停止後，火山噴發口的地殼好像在喘息。致使新形成的島嶼隨之上起下落，到第81天，從火山口向海裏流出一條條熔岩的火河。
1963年11月14日，在冰島以南的大西洋海底發生了海底火山噴發，10天之後，形成一座長900米、寬650米、高出海麵100米的島嶼，這座新島嶼被命名為蘇爾特塞島。而此次造島活動持續一年半之久，一直延續到1965年的春季才結束。據地質學家調查發現，僅在與大西洋中脊斷裂帶相聯係的冰島，就擁有200多座活火山。據史料記載，從17世紀至19世紀，亞速爾群島上至少已觀察到7次火山噴發，並多數形成新的島嶼。由於火山噴發而產生的疏鬆物很難抵禦凶猛的海浪衝擊，因而人們看到的新島嶼，常常是上部已被珊瑚堆積的平頂海山。
大西洋中脊另一個非常引人注目的特點，是沿著中脊的軸部，還有一條縱向的中央裂穀。它把脊嶺從中間一下劈開，像尖刀一樣插入海脊中央。經過考察船的實地勘測證實，斷裂穀深度在3250～4000米之間，寬9千米。大裂穀中央地帶完全沒有或者隻有薄層沉積物，這表明這個區域的洋底是由新形成的岩石所構成的。
科學家在下潛到海底的勘測過程中，通過潛水器的窗孔，看到了一些人類從未見過的景象，如一些洋底基岩就像一個巨大的破雞蛋，其流出的蛋黃，則像剛流出來就被冷凝似的。潛水器裏的科學家還看到裂穀底麵有許多很深的裂隙，見到一塊塊玻璃狀外殼，還有長在熔岩上麵的像蘑菇蓋般的岩石以及各種奇形怪狀的巨大熔岩體。
1973年8月，科研人員利用“阿基米德”號深海潛水器曾對正在升起的一座“維納斯”火山進行了探查，對所采的海底岩石樣品進行年齡測定，發現其年齡尚不到1萬年，它應該是大裂穀底部最年輕的岩石之一。科學家們據此得出推論，新湧上來的岩漿曾在這個裂穀的正中央形成新的地殼。1974年，就在上述潛水器觀察過的洋底附近，科學家從583米深處的熔岩層中采取岩心樣品。有意思的是，在大洋玄武岩基底上的沉積物年代，竟隨它距大西洋中脊軸線距離的增加而變老，每一鑽探點洋底以下的沉積物年代，又隨深度的增加而增加。因此，深海鑽探資料明確支持這樣的觀點，南大西洋洋底自6500萬年以來，一直以平均每年4厘米的速度向兩側分離開來。
17.探秘大西洋中的傷口
從前，人們以為洋底像鍋，越往中央越深，而洋底一定是平坦的。而伴隨著人類文明的不斷前進，人們為了對大洋下麵有更進一步的了解，進行了一係列的努力探索。
1873年，英國海洋考查船“挑戰者”號，用普通測海錘，測得大西洋中間有一帶好像是一座大山似的高地。
1925到1927年間，德國“流星”號海洋考查船，用回聲探測儀，探查到了那座大山，還給它畫了圖像。經他們測得這座在大西洋中部大山，由北向南，呈S狀綿延，長大約27780千米，寬約1100～1800千米，山頂呈鋸齒形，平均高出洋底3000米。它蜿蜒著伏臥在洋底，成為大西洋的—條“脊梁骨”。因此，科學家給它起了“大西洋中脊”這個十分形象的名稱。
1953年，美國地質學家又驚奇地發現，大西洋中脊好像是被一把快刀，順著山的走勢，逢中劈開一道裂縫。這條裂縫深1～2千米，科學家叫它“裂穀”。“冰島裂穀”就是大西洋中脊露出水麵的地方。
1967年起經過幾年的耐心測量，英國地質學家發現，大西洋中脊的裂穀，正在不斷擴展。科學家們十分納悶，這一切是怎麼形成的呢？是什麼力量劈開了山嶺，使“傷口”不斷“化膿”，而且越張越大呢？
1972～1974年，美法科學家聯合行動，出動了三艘“深潛器”，沉到2800米深的亞速爾群島大裂穀底部，一探究竟。下潛到洋底的科研人員發現在寬約2000米的裂穀底下到處都是裂口，好像是一個個張開的大嘴巴。而且這些大嘴巴正在噴吐熱水。從裂口裏溢出的熔岩，在洋底凝固。這使得科研人員們終於明白了，這兒原來是大西洋底地殼裂開的地方，一股無比巨大的力量，從地下升起，正使勁把裂穀朝兩旁推開。這裏正在製造地震和火山！
而事實也證明，大西洋正在以每年1～4厘米的速度擴張。這也給板塊漂移學說提供了一個真實的佐證。在幾億年前，南北美洲、歐洲和非洲大陸，原本是連在一起的，由於地殼斷開了一個由北向南的裂口，海水大量湧入，淹成了一條海溝。海底裂口不斷火山爆發湧出熔岩，將地殼向東西兩邊推去。在經過了漫長的一億多年的時間，便成了現在這個樣子。這一點早已被“大陸漂移說”的創立者維格納所證實。
科學家預測，大約再過5000萬年左右，大西洋還要張開1000千米以上。由於印度洋也在不斷的擴展自己的地盤，說不定幾億年後，太平洋酒會不複存在，而美洲大陸也會同亞洲大陸撞在一起。一定有人在竊喜，我們到時候相去美國的迪斯尼，直接坐火車就行了，不必坐輪船了！其實，地殼的運動相當複雜，決不單是大西洋中脊這種情形，這隻不過是一種極簡單的推想而已！
18.奇異的海火
1975年在江蘇省近海朗家沙一帶海麵上出現了一個奇怪的現象。9月12日傍晚，這一帶的海麵上發出微微的光亮，隨著波浪的起伏跳躍，像燃燒的火焰那樣翻騰不息，一直到天亮才逐漸消失。等到了第二天的傍晚這亮光又出現了，而且比第一天的還要亮。就這樣到了第七天時，海麵上竟然湧現出很多泡沫，每當漁船駛過時，激起的水流明亮異常，水中還有珍珠般閃閃發光的顆粒。可是這美麗的景色並不常，幾小時以後，這裏發生了一次地震。
人們稱這種海水發光現象為“海火”。據觀察海火常常出現在地震或海嘯前後。據說1976年唐山大地震前的晚上，渤海灣一帶地區的海麵上就出現了這種發光的海火現象。
但是1933年初，日本三陸海嘯發生時，有人在日本海洋麵上看到了更為奇異的海火現象。當時在波浪湧進時，浪頭底下出現三四個像草帽般的圓形發光物，橫向排著前進，色澤青紫，光亮可以使人看到隨波逐流的破船碎塊。
為什麼會產生這種奇異的海火現象呢？其中的說法有很多種：
一種說法認為是海水當中會發光的生物受到擾動而發光所致。比如在拉丁美洲大巴哈馬島的“火湖”由於繁殖著大量會發光的甲藻，夜晚時，隨著船漿的擺動便會看到，激起萬點“火光”。經過科學家們的不斷探索，現在已知會發光的生物種類還有許多細菌和放射性蟲、水螅、水母、鞭毛蟲，以及一些甲殼類、多毛類等小動物。因此，人們推測，當海水受到地震或海嘯的劇烈震蕩時，便會刺激這些生物，使其發出異常的光亮。但是這種說法受到了另一些研究者的質疑，他們提出，在狂風大浪的夜晚，海水也同樣受到激烈的擾動，為什麼卻沒有刺激這些發光生物，從而產生海火現象呢？
有些人認為“海火”的形成可能和地震前出現的地光類似。並為此作了大量的試驗，美國學者對圓柱形的花崗岩、玄武岩、煤、大理岩等多種岩石試樣進行破裂試驗。結果發現，當壓力足夠大時，這些試樣便會爆炸性地碎裂，並在幾毫秒內釋放出一股電子流，激發周圍的氣體分子發出微弱的光亮。他們還注意到，如果把樣品放在水中，則碎裂時產生的電子流，也能使水麵發出亮光。可是這一結論也有人提出了異議，因為除地震海嘯外，在海嘯發生時，不像地震那樣會發生大量的岩石爆裂。
那麼，海火究竟是怎樣產生的呢？一些研究人員認為，海火作為一種複雜的自然現象，很可能有著多種的成因機製，生物發光和岩石爆裂發光隻是其中的兩種可能機製，由不同機製產生的海火，有著什麼不同的特征，目前尚是謎題。
19.海底下的黑煙囪
海底黑煙囪的發現應該說是一次意外。由於人類工業的不斷發展，陸上能源漸漸走向緊缺，人們便把眼光投向了廣闊的大海。而海底黑煙囪就是在探尋海底能源的時候被發現的。自1977年10月美國伍茲霍爾海洋研究所所屬深海潛艇“阿爾文”號在加拉帕戈斯群島海域率先發現海底熱泉生態區以來，便開始了現代海底黑煙囪的研究。
1978年，美國的阿爾文號載人潛艇在東太平洋洋中脊的軸部采得由黃鐵礦、閃鋅礦和黃銅礦組成的硫化物。1979年又在同一地點約2610～1650米的海底熔岩上，發現了數十個冒著黑色和白色煙霧的煙囪，約350℃的含礦熱液從直徑約15厘米的煙囪中噴出，與周圍海水混合後，很快產生沉澱變為“黑煙”，沉澱物主要由磁黃鐵礦、黃鐵礦、閃鋅礦和銅鐵硫化物組成。這些海底硫化物堆積形成直立的柱狀圓丘，稱為“黑煙囪”。
此後，海洋學家又先後在墨西哥西部沿海以北的北緯10°海底和北緯21°的胡安·德富卡海隆下勘察到大規模熱泉區並分別進行過數次綜合考察。胡安·德富卡海底熱泉區中擁有多處噴湧升騰礦物質的黑煙囪。這些奇異的自然景觀引起了科學家極大的興趣和關注，他們近期的科學考察又獲得新的收獲和重要的發現。
海底黑煙囪和海底熱泉的形成有關，而海底熱泉的形成主要是由於海底板塊之間的碰撞，使得海底地層出現斷裂和擴張，地球內部源源不絕噴湧而出的熔岩冷卻固著成新的海底地殼並將古老的海床置於其下並取而代之。海水在地心引力作用下傾深入地裂中，同時形成海底環流將熔岩中大量的熱能和礦物質攜帶和釋放出來。當熾熱的海水再度噴射到裂縫上冰冷的海水中，其中的礦物質被溶解並形成一縷縷漆黑的煙霧。礦物質遇冷收縮最終沉積成煙囪狀堆積物，地裂中熱液順煙道噴湧而出形成景致奇異、妙趣橫生的海底熱泉。目前，世界各大洋的地質調查都發現了黑煙囪的存在，並主要集中於新生的大洋地殼上。
經過科學家們潛心的研究發現了黑煙囪的“建築師們”的蹤跡。科學家采集了黑煙囪內的岩芯發現，岩心上布滿了含有硫酸鋇亦稱重晶石的凹陷管狀深孔，研究人員確認這些管狀孔穴係蠕蟲長期生存行為的結果。鑒於熱泉口旁蠕蟲遍布，因此尚難斷定究竟哪些蠕蟲擅長打洞築巢。從管洞外形來看極有可能是活躍喜遷新居的管足蠕蟲長期挖掘作業的產物。經過對這些蠕蟲的解剖發現管足蠕蟲內髒中的細菌可從熱液所含亞硫酸氫鹽中獲取氫原子維持生命，細菌還可把海水中的氫、氧和碳有機地轉化生成碳水化合物，為蠕蟲提供生存所需的食物。這種化學反應的結果遺留下硫元素，蠕蟲排泄的硫又促使海水中的鋇和硫酸發生催化反應。常此以往蠕蟲死後便在熔岩中遺留下管狀重晶石穴坑。
但是也有科學家推測一座座海底煙囪演化生成過程可能在蠕蟲聚集熱泉口周圍就早已開始了。
胡安·德富卡海隆下蠕蟲建築師精心創造的自然奇觀令人歎為觀止。它們開鑿的洞穴猶如礁岩迷宮一樣息息相通，從而使熱液將礦物質源源不斷地輸送上來並堆集在煙道當中。當黑煙囪在熱泉周圍落成後，熔岩上深邃的管狀洞口穴就成為礦物熱液外流的通道從而形成海底黑煙熱泉奇觀，直到通道自身被礦物結晶體堵塞才告停息。
20.科學界的大難題——海洋大漩渦
字典中對“漩渦”一詞的解釋是“水流遇低窪處所激成的螺旋形水渦。”在我們的生活中，漩渦其實是很常見的一種現象。但有一種漩渦卻成了科學界的一大難題，那就是“海洋大漩渦”。
在愛倫·坡的小說中曾經有過這樣的描述：“漩渦的邊緣是一個巨大的發出微光的飛沫帶，但是並沒有一個飛沫滑入令人恐怖的巨大漏鬥的口中，這個巨大漏鬥的內部，在目力所及的範圍內，是一個光滑的、閃光的黑玉色水牆，這個巨大的水牆以大約45°角向地平線傾斜。它在飛速地旋轉，速度快得使人感到目眩，並不停地搖擺，在空氣中發出一種令人驚駭的聲響，這種聲響半是尖叫，半是咆哮。”這就是海洋大漩渦的寫照。
在全世界都會看到海洋漩渦的身影，在自然界中它們是一種正常的現象。為什麼說它是科學界的大難題呢，因為在漩渦的背後是一種洋流紊亂現象。
海洋漩渦主要受海洋的漲潮和退潮控製，此外，它們還遵從一些數學規則，但並非所有的規則。科學家對這些海洋漩渦隻能進行部分預測，它們是劇烈混亂產生的現象，但也展示出具有某種結構、節奏以及其它與秩序有關的特征。
海洋漩渦是不同來源的水流交彙導致的，這些水流有各自不同的溫度和流速。當不同的水流撞擊在一起時會產生不可預見的後果。據科學家研究發現，這種不可預知性與二氧化碳和甲烷氣體的排放導致的不穩定性有關，這種不穩定性反過來導致了更加無法預測的水流的混合。
海洋漩渦雖然不能被形容為自然界中的一個反複無常的奇異現象，但像悉尼附近海域這麼巨大的海洋漩渦，在不可預見的天氣事件中尤其是在“厄爾尼諾”反常氣候現象中，在秘魯的大雨到堪薩斯的幹旱中都扮演著非常重要的角色。
在眾多漩渦中最著名的要數悉尼海洋大漩渦。最令人困惑的是，它一直處在不斷的改變之中。當你在某一個特定的時間，站在一點段觀察時，它似乎很平靜，但當你在其它時間，在另一個點觀察時它時，它又會變得非常狂暴。如果船隻在它上麵航行時，水麵看起來似乎很平靜，但卻會使巨輪發生劇烈的晃動。悉尼海洋大漩渦可能很快就會喪失它的巨大能量，一般來說，巨大的海洋漩渦通常會持續大約一周時間，但有一些可能會持續一個月之久。它們不會停息下來，而是通過將小漩渦吸入它們之中使能量發生轉移。
21.幽穀奇霧之謎
位於四川省樂山市峨邊彝族自治縣境內的黑竹溝是著名的風景旅遊勝地，這裏由於山穀地形獨特，植被茂盛，再加之雨量充沛，濕度大，山霧成為了這裏的一大特色。溝內經常是迷霧繚繞，濃霧緊鎖，使地勢本來就很險要的黑竹溝內陰氣重重，更凸顯出了它的神秘莫測，此處的山霧真可謂是千姿百態，清晨紫霧滾滾，傍晚煙霧滿天，時近時遠，時靜時動，忽明忽暗，變幻無窮。
據當地彝族同胞們介紹，進溝之後千萬不得高聲喧嘩，否則便會驚動了這裏的山神，如果山神發怒便會吐出陣陣青霧，將人畜卷走。據考察者們分析，人畜入溝死亡失蹤的原因，很可能是由迷霧造成的，人們進入這深山野穀的奇霧之中，由於對地形的不熟悉，便很難逃脫這死亡穀的陷阱。當地人和考察者們總結出了這樣一個順口溜：“石門關，石門關，迷霧暗溝伴深潭；猿猴至此愁攀援，英雄難過這一關。”彝族同胞自豪地告訴來這裏考察的人們：黑竹溝是一個金山銀地，連霧也舍不得離開這裏，這裏“盛產”的霧，撲朔離奇得像軟綿綿的飄布，一旦深入其中，會把你包圍，把你吞沒。這裏的霧為什麼這樣變幻莫測？為什麼會導致傷亡？霧氣會不會含有其它成分？這些疑問還有待人們去研究。
22.無底深淵之謎
在內蒙古霍林郭勒市發現三個非常奇怪的自然洞，其中一個直徑一點五公尺的洞，其深度一直無法測知，難道它是個“無底洞”？
據媒體報道，這三個自然洞位於霍林郭勒市東北部駱駝脖子山。一個豎洞約四十公尺深，一個斜洞約十米左右深，而在山巔處的“無底洞”，扔下一塊三公斤重的石塊，石塊碰撞洞壁聲由大到小，二十秒鍾後就再也聽不到任何聲音了。這個洞到底有多深至今還是個謎。當地的牧民說，這個洞口春夏秋冬都長有綠苔，尤其是在冬天，洞裏還經常會往上冒‘白汽’。
人們發現這個“無底洞”所處之地地勢比較險要，周圍奇峰嵯峨，怪石嶙峋，植被豐富，山杏樹滿山。洞口附近經常有沙伴雞、野雞、麅子、黃羊、野鹿、野豬、狼等禽獸出沒。當地有關人士認為，奇形怪狀的石崖和四長青的無底洞將是探險家和遊客的好去處。