书城童书你不了解的太阳系之谜
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第13章 地球篇(3)

还有一种海水渗透假说,它的观点是,鉴于世界火山带大都分布在太平洋、大西洋、地中海等大洋沿岸和岛屿上,也就可以认为:海水通过裂隙渗透到地壳下部的灼热岩浆区里,被蒸发为水蒸气,产生极大的张力引起爆炸,并形成火山通道,迫使熔融的岩浆沿着火山通道喷出地表。

显然,上述几种假说由于受到当时对地球认识局限性的影响,不同程度地存在着错误。如岩石粉碎说,即对地球内部热能产生的假设,明显是错误的,据此提出的火山成因说自然不能成立。又如海水渗透说,依据更不可靠,因为根据我们现有的实验,地下30千米处温度就有400益左右,水在这里早已汽化,不可能呈液态渗透到岩浆源区内。另外,这一假说也无法解释与海水无关的大陆区火山。

20世纪60年代以后,随着海洋科学的发展,人们在积累了大量地壳运动资料的基础上,创立了板块构造理论,于是一些科学家把火山活动与板块运动联系起来。

世界火山的分布是有一定规律的,绝大多数位于大陆与海洋的交界处,或大洋中脊及裂谷上。这些地区大多是板块的边缘,少数位于板块的中央。地球上的火山,用板块学说可以分为板块边缘火山和板块内部火山。如环太平洋火山带都分布在太平洋板块的周围,是板块边缘火山;夏威夷火山位于太平洋板块的中央,就是板块内部火山。

板块边缘火山又可分为两种,一种是沿板块增生扩张带分布的火山,如沿大洋中脊分布的火山带,一般为以玄武岩为主的一次性喷发火山。另一种是沿板块碰撞消亡带分布的火山,如环太平洋东部火山带,就位于太平洋板块与北美、南美板块碰撞消亡的地带;地中海-印度尼西亚火山带,就位于非洲板块、印度板块与欧亚板块、太平洋板块相碰撞消亡的地带,一般为以岩质为主的多次性喷发火山。

火山成因的板块学说认为,在板块增生扩张地带,软流圈内的熔融岩浆不断上升涌出,从而形成火山喷发。在板块的碰撞部位,其中有的板块被压迫下沉插入地幔之中,当下沉板块移动到软流圈时,由于来自地幔的热能和相邻板块的摩擦热能,使板块部分熔融,这部分熔融的岩浆就常常在压力作用下,上升喷溢于地表,形成火山。

板块构造理论虽然能够很好地说明板块边缘火山的形成过程,但是对板块内部火山却无法作出解释,这类火山活动与板块运动无关。

如位于海洋板块中心的夏威夷群岛,地质学家称这些岛上的火山口为“热点”。热点并不随板块一起移动,始终固定于一点喷发。板块移动时,原来喷发过的地方随即成了死火山口,热点又在附近的地方喷发岩浆。随着板块的移动,热点就留下一连串的死火山口。目前,全球已确定的热点有60多处,夏威夷群岛火山只是其中的热点之一。科学家们猜测,热点所喷发的岩浆,可能来自地幔内层,但尚不明白这些岩浆是怎样冒到地面上来的。

除此以外,人们对板块成因假说还提出了许多疑问,为什么太平洋中脊的火山活动并不明显?为什么没有环大西洋的火山带?因此,关于火山爆发的原因,还有待于进一步探讨。

地震和火山虽同为地球上的自然灾害,但两者的性质并不相同。地震主要以大地震动为主要特征,而火山爆发则以岩浆喷发为主要表现形式。从表面上来看,两者不存在任何共同之处。唯一有点联系的是,在理论上认为,两者的成因都与板块运动有关,地震带与火山带的分布大致吻合。巧合的是,对板块内的地震和火山爆发都无法作出解释。到目前为止,尚未发现地震和火山之间有什么内在联系。

地球形成之谜

关心地球并且热爱它的人,难免会提出这样的问题:我们生活的这个地球是如何形成的?当代人当然不会满足上帝“创世说”这样的答案。实际上,早在18世纪,法国生物学家布封就以他的彗星碰撞说打破了神学的禁锢。然而,人们也许还不知道,随着科学的进步,关于地球成因的学说已达10多种,它们主要是:

(1)彗星碰撞说。认为很久很久以前,一颗彗星进入太阳内,从太阳上面打下了包括地球在内的几个不同行星。

(2)陨星说。认为陨星积聚形成太阳和行星。

(3)宇宙星云说。1796年,法国科学家拉普拉斯在《宇宙体系论》中提出,星云(尘埃)积聚,产生太阳,太阳排出气体物质而形成行星。

(4)双星说。认为太阳系除太阳之外,曾经有过第二颗恒星,行星都是由这颗恒星产生的。

(5)行星平面说。认为所有的行星都在一个平面上绕太阳运转,因而太阳系是由原始的星云盘产生的。

(6)卫星说。认为海王星、地球和土星的卫星大小大体相等,也可能存在过数百个同月球一样大的天体,它们构成了太阳系,而我们已知的卫星则是被遗留下来的“未被利用的”材料。

在以上众多的学说当中,康德的陨星假说与拉普拉斯的宇宙星云说,虽然在具体说法上有所不同,但二者都认为太阳系起源于弥漫物质(星云)。因此,后来把这个假说统称为康德-拉普拉斯假说,而被相当多的科学家所认可。众所周知,地球在一个椭圆形轨道上围绕太阳公转,同时又绕地轴自转。正是因为这种不停的公转和自转,地球上才有了季节变化和昼夜交替。然而,是什么力量驱使地球这样永不停息地运动呢?地球运动的过去、现在、将来又是怎样的呢?

人们最容易产生的错觉,是认为地球的运动是一种标准的匀速运动。

其实,地球的运动在不断地变化着,而且极不稳定。根据“古生物钟”的研究发现,地球的自转速度在逐年变慢。如在4.4亿年前的晚奥陶纪,地球公转一周要412天;到4.2亿年前的中志留纪,每年缩短到400天;3.7亿年前的中泥盆纪,一年为398天;到了亿年前的晚石炭纪,每年约为385天;6500万年前的白垩纪,每年约为376天;而现在一年只有365.25天。而天体物理学的计算,也证明了地球自转正在变慢。科学家将此现象解释为月亮和太阳对地球潮汐作用的结果。

此外,地球内部物质的运动,如重元素下沉,向地心集中,轻元素上浮、岩浆喷发等,都会影响地球的自转速度。

除了地球的自转外,地球的公转也不是匀速运动。这是因为地球公转的轨道是一个椭圆,最远点与最近点相差约500万千米。当地球从远日点向近日点运动时,离太阳越近,受太阳引力的作用越强,速度越快。由近日点到远日点时则相反。

还有,地球自转轴与公转轨道并不垂直;地轴也不稳定,而是像一个陀螺在地球轨道面上作圆锥形的旋转。地轴的两端并非始终如一地指向天空中的某一个方向,如北极点,而是围绕着这个点不规则地画着圆圈。地轴指向的不规则性,是地球的运动造成的。

科学家还发现,地球运动时,地轴向天空划的圆圈并不规整。这就是说地轴在天空上的点迹根本就不是在圆周上移动的,而是在圆周内外做周期性的摆动,摆幅为9义。

由此可以看出,地球的公转和自转是许多复杂运动的组合。

地球还随太阳系一道在银河系中运动,并随着银河系在宇宙中飞驰。地球在宇宙中运动不息,这种奔波可能自它形成时便开始了。

就拿现在地球在太阳系中的运动而言,加速或减速都离不开太阳、月亮及太阳系其他行星的引力。人们一定会想,地球最初是如何运动起来的呢?存在着所谓第一推动力吗?未来将如何运动下去呢?自转速度会一直变慢吗?

地球运动的第一推动力至今还只是一种推断:牛顿在总结发现的三大运动定律和万有引力定律之后,曾尽其后半生精力来研究、探索第一推动力。他的研究结论是上帝设计并塑造了这完美的宇宙运动机制,且给予了第一次动力,使它们运动起来。对此,现代科学给予的回答是否定的。那么,地球乃至整个宇宙的运动之谜的谜底究竟是什么呢?

地球会被太阳吞噬吗

英国苏塞克斯大学的天文学家称,太阳将在76亿年后吞噬并气化整个地球,届时可怕的世界末日将会出现。但如果人们能够提前改变地球的运行轨道,那么这场灾难将有可能得以避免。

英国苏塞克斯大学的天文学家罗伯特·史密斯博士称,根据其研究小组以前的计算,尽管地球会被轰击烧成一堆灰烬,但最终将逃过毁灭。然而,这个计算并未考虑濒死太阳外层大气产生的拉力。史密斯博士说:“我们以前的计算显示,随着太阳的膨胀,太阳质量会以强风的形式逐渐消失,这种风的强度比现在的太阳风猛烈得多。如此一来,太阳对地球产生的地心引力就会减少,使地球轨道得以向膨胀太阳的外部和前端移动。如果只有这种作用力,地球就可以真正地逃过最终毁灭。然而,太阳外层稀薄的大气会在太阳可见表面上空膨胀开去,结果地球事实上将在这些低密度外层大气中做绕轨运动。低密度大气所产生的拉力非常强,足以让地球向内漂移,并最终被太阳捕获然后蒸发掉。”

史密斯博士与墨西哥瓜纳华托大学天文系的克劳斯·彼得·舒洛德博士合作,撰写了有关最新发现的论文。

史密斯博士称,76亿年后在迎来地球末日之前,地球上的生命早已消失殆尽。科学家们称,太阳缓慢的膨胀将导致地表温度上升,海洋蒸发,令大气层充满水蒸气,引发全球变暖失控。

最终,海洋将被蒸干,水蒸气将逃逸至太空中。届时,地球将变成一个异常火热、干燥且不宜居住的星球。史密斯说:“随着太阳中心氢气的枯竭,太阳将变为一颗红巨星,并开始把氦聚变为碳和氧。后来再从其核心深处向前喷发出可怕的飓风,在高温飓风的影响下,那些靠近太阳的行星,水星、金星、地球,还有火星,都将慢慢地气化。它们的物质将与飓风汇合,汹涌澎湃地冲向太空。”

科学家们称,太阳这样大小的恒星是宇宙中最为典型的,它们生命中80%~90%的时间都处在稳定的主序阶段,当中心的氢逐渐燃烧完后,一颗恒星的生命就接近尾声了。

此时星体核心会迅速收缩,相反地,外层的氢却开始燃烧并迅速膨胀,这是恒星生命中一个十分有趣的阶段:星体的体积大大增加,比如太阳这样的恒星会膨胀数百倍,膨胀的结果导致恒星表面温度下降,颜色变红,同时其表面亮度却会大大增强,天文学上习惯将光度(即恒星的本质亮度)大的天体称为“巨星”,因此这一阶段的恒星的典型特征就是“红巨星”。

相对而言,“红巨星”阶段是很短暂的,此后由于核心的收缩导致温度进一步升高而引发氦原子核聚变为碳原子核的反应,以及此后一系列更为复杂的核聚变反应,恒星将会快速地走向死亡。

改变地球轨道可能避免灾难。人类能不能采取一些措施来避免地球遭遇这场灾难?史密斯博士认为加州大学圣克鲁兹分校的一个科研小组提出的这个惊人设想非常可行。

根据这个设想,可以利用飞越的小行星的引力,把地球“轻轻推离”这危险区。每6000年左右的一个合适飞越将足以使地球免于此场灾难,并使地球生命多存活至少50亿年,甚至活得比太阳这颗红巨星还长。

史密斯博士说:“这听起来像是科幻小说,但是设想中所需的能量完全可能实现,并且我们有望在未来几个世纪中研发相关技术。不过,这是一个高风险的战略,因为任何一个细小的计算错误都可能导致小行星撞上地球,结果是灾难性的。另一个相对安全的解决办法就是,建造一艘星际‘救生艇爷,能离开太阳的危险范围,但仍能利用太阳的能源。”