地球形成之谜
自古，人们对地球的起源作了种种探索。中国古代有盘古开天辟地的神话，国外流行上帝耶和华创造太阳、地球的传说。人们对地球起源的科学推索始于18世纪中叶。早期的地球起源假说分成两大派，一派叫做渐变派，另一派称为灾变派，但这两派都基于同一个前提，即行星形成以前的物质都是高温气体。渐变派可以拉普拉斯的星云假说为例。拉普拉斯认为，太阳系原是一团旋转的星云，因冷却而收缩，于是越转越快。在转动快到一定程度时，星云外缘的离心力超过了万有引力的控制，便分出一个圆环。此后星云继续收缩，又可分出另一个圆环，如此继续下去，以后这些圆环便聚成包括地球在内的九大行星。星云假说比较完满地解释了太阳系的基本特征：行星和太阳的组成元素一致，年龄相当，各行星都在不断地自转，各行星的轨道都近似圆形，所有行星几乎都位于同一平面上，在同一方向上，绕太阳公转等。星云假说与这些事实基本相符。但是，计算表明，太阳本身质量占太阳系总质量的99．87％，角动量只占0．73％；而九大行星及其卫星、彗星和流星等总共只占太阳系总质量的0．13％，但它们的角动量却占99．27％。从一个自然的统一体系出发，经过什么样的过程才会造成角动量这样悬殊的分布呢？这是20世纪40年代以前渐变假说所不能克服的困难。灾变派以布丰的碰撞假说为代表、认为太阳系是由两个或三个星体的碰撞而产生的。灾变论者靳斯和杰夫瑞斯设想，有另一个恒星从太阳旁边掠过或甚至发生边缘碰撞，于是从太阳体中引出了一条带状物质，两个星体的相对运动给了这带状物质以一定的角动量。恒星掠过以后，这个带便分裂成若干块，以后各自成了行星。碰撞假说，在40年代以前流行了约20年，但后来证明也不能成立。否定它的论据很多，主要的是，尽管避过了角动量分布这一困难，但恒星所给的角动量，远远不够把带状物质抛到太阳系的边缘。此外，如果带状物质是从太阳内部引出来的，它的温度就不低于1000万度，这样高温的气体离开太阳后会立即在太空中散开，不可能凝成行星。这些都是对灾变派假说有力的否定。
从40年代起，人们开始对以前的基本前提产生越来越大的怀疑。近30年来，许多人认为行星以前的物质是低温的尘埃、气体和陨石的混合物，并以此为出发点，提出了不少新的假说，对地球起源的认识也有所深化。不过，有人还是坚持旧前提。最近，还有人企图以宇宙空间的等离子体为出发点来建立一个地球起源的假说。不过这一假说还有待发展。总之，地球起源之谜尚待进一步揭开。
地球年龄之谜
人们知道地球形成于很久很久之前，但是究竟有多久，大致诞生于何年，古人有过很多臆想，猜测，科学家们也曾作了许多探究。中国古代有过这样的传说：“自开辟至于获麟（指公元前481年），凡三百二十六万七千年”。这当然是不足为据的。爱尔兰的一位大主教从希伯来的经典中考证出地球是在公元前4004年10月26日上午9时由上帝创造的，如此说法，纯属臆造，毫无科学根据。
科学家们运用各种科学方法，作了种种尝试，估算了地球年龄。人们根据海洋含钠总量约1．5亿亿吨和每年由河流带入海洋的钠量约6000万吨，估算出海洋年龄约为2．5亿年。当然海洋年龄要比地球年龄小，而且这种估算误差不可捉摸。有人根据地球上沉积层总厚度和每年的沉积厚度，估算出地球上沉积开始到现在的地球年龄也约为2．5亿年。但是沉积厚度难以估计，沉积率变化很大，所以用这一方法得出的年龄也难以置信。由于角动量守恒的原因，月亮与地球距离慢慢增大了。有人根据月球由原来离地球最近时的位置，退到现在的位置所需的时间，推得地球年龄当40亿年。但是，关于月-地的最近位置的假说，还没有一个是公认的。天文学家观察到所有的光谱线都向红色方向移动。并把这种“红移”现象解说为星云正在以极大速度彼此分离，在地球上看星云，星云总是向后退。假定各星云的后退速度一直都是均匀的，根据地球至某一星云的现在距离及其后退速度，估算在距今50亿年彼此靠得很近，地球可能就是在这时产生的。一些物理学家还根据太阳辐射能的方法和地球冷却计算法等，测算过地球的年龄，都没有得到可信的结果。
20世纪科学家运用同位素地质测定法，测定地球的年龄。在地壳岩石中，普遍存在着微量的放射性元素。在天然条件下，放射性元素会自行衰变，变成其他元素。例如1克铀1年中就有七十四亿分之一克衰变成铅和氦。放射性元素衰变率不受普通的物理化学条件的影响，而且衰变速度很稳定。因此，只需测定岩石中某种现存放射性元素（如铀）的含量和衰变后分裂出来的元素（如铅）的含量，再根据相应的元素的衰变关系式，就可测定岩石的形成时间。已测得的最大年龄的岩石是格陵兰西部发现的岩石，它形成于距今38亿年。但是，最古老的岩石的年龄还不是地球的年龄，地球在形成初是一个熔融的天体，从炽热熔融的地球冷却到地壳的坚硬岩石的形成还需一段时间。
最近从月球取得的岩石标本表明，月球的年龄为46亿年，60年代后测得的陨落到地球表面的陨石年龄在40亿至46亿年之间。按星云说，太阳系的天体是由同一原始星云在差不多时间内凝结而成的，根据这一观点，可以说地球年龄是46亿年。但这毕竟是间接推测得出的，人们还没有确定的证据，证实地球的年龄。
地球尾巴之谜
人们都知道，彗星有尾巴；像彗星一样，地球也有尾巴，这是空间探测器与卫星提供给人类的最新资料。
彗星的美丽的尾巴凭肉眼是看得见的，而地球的尾巴必须借助于科学探测卫星的帮助才能“看到”。
为了揭开地球的尾巴之谜，美国和日本两国准备在1991年发射地尾观测卫星进入轨道，尽可能多地在地尾停留，以获取更多的资料。看来，不久人们就可以清晰地看到地球尾巴的图形了。据报道，太阳等九大行星各自都有尾巴，金星之尾像彗星之尾，水星之尾很短小，木星之尾则是颀长的。这些神奇而又有趣的行星的尾巴，则是宇宙中又一奥秘，人们盼望着早日揭开它。
地球内部结构之谜
地球内部结构人类能直接观测到的地下深度是很有限的，因为当今世界上最深的钻孔只有离地面12公里，只达到6370多公里地球半径的极小部。要探测更深的地区，必须借助于间接的方法。18世纪，人们通过地球密度的计算，大致求得了地球的平均密度为5．52克／立方厘米，这比地表岩石的平均密度2．67克／立方厘米大得多。人们从这里得到启示：地球内部藏着更重的东西。
随着地球物理科学的发展，人们找到了比较有效的研究地球深处的手段，其中最重要的是地震波。地震可以震撼山岳，动摇大地，破坏各种建筑设施，造成很大损失。但也可利用它为人类服务。人们利用地震的辐射波，来辨别地球内部物质的密度、成分和温度等概况。
地震波包括纵波和横波两种，纵波在固、液、气体中都能畅通无阻，而横波只能在固体中传播。而且密度大，传播快，密度小，传播慢。科学家们在地球内部33公里和2900公里两处，分别发现地震波传播速度急剧变化，说明在这两个地方，物质差异很大，存在两个间断面，位于33公里处的称莫霍面，这个面以上是地壳，以下是地幔，位于2900公里处的称古登堡面，这里是地幔同地核的分界面。这两个面把地球内部分成层次分明的三个主要同心层，即地壳、地幔和地核。地壳厚度在大陆和海洋分布不均，陆壳平均厚度约30多公里，洋壳仅5—8公里，密度为地球平均密度的1／2。陆壳上层为花岗闪长岩和闪长岩之间，下层可能是麻粒岩和闪岩，海洋地壳是橄榄岩。地幔分上地幔和下地幔，其物质主要成分可能是同橄榄岩相似的超基性岩。地核分为外地核和内地核。外地核可能是液体，地震波在这里消失；内地核可能是固体，这里又出现横波。外地核与内地核之间是过渡层。地核体积只占地球总体积的16．2％，但它的质量为地球总质量的31％以上。主要成分为铁、镍等金属。
尽管人类通过地震波，对地球内部作了许多深入研究，得到了不少结论，但这种研究结果毕竟是间接推测到的。有许多结论是假说，还有许多看法有分歧，如地核、地幔的物质组成，地核的温度，地壳、地幔和地核的分层的形成原因等，仍然是不解之谜。
地心温度之谜
对于地球内部的温度，科学家们按照不同的依据，作了各种推算。人们通过高温高压试验得出的不同岩石和矿物的熔点，推算地幔的温度。橄榄石是一种极难熔化的矿物，在5万大气压下（相当于160公里深处的压力）的熔点为2140℃。这相当于地下160公里深处的最高温度。根据玄武岩形成的温度推测，地下100公里深处的最高温度约为1300℃，300公里深处的最高温度为2000℃。对于地核的温度人们根据铁的熔点和其他因素，作了估算，地核边界的温度不超过4000℃，地心的温度不超过5000℃。
美国加州大学和加州工学院和科学家们1987年提出，在地幔同地球外核之间的温度为4800K，液态外核和固态内核的温度为6600K，地心处最高温度为6900K。
原苏联的地质科学家米赫图可提出截然不同的看法。他认为地心是冷的，不是热的，他的依据是：地表上找到的来自地幔带的岩石的矿物晶体中有液态甲烷、液氮和液氢存在；他认为，如果地心是热的，上述液态物质就会被汽化，而它们没有被汽化，说明地心不是热的。这种逆向推理能否成立？地下深处温度分布究竟是怎样？地心的温度究竟多高？目前人们只能假设、推测。
大陆漂移的动力之谜
板块构造假说认为，地球的岩层，原来是一块统一的联合大陆，后来被海岭、孤岛、水平大断裂分割，形成6个巨大的板块，即欧亚板块、美洲板块、非洲板块、太平洋板块、大洋洲板块和南极板块。这些由较轻的硅铝层组成的大板块，像冰山漂浮在水中一样驮在较重的硅镁层之上，自东向西或从极地向赤道方向漂移。大陆漂移与地球内部构造有关。
地球的内部构造很像一个鸡蛋的构造。蛋皮好像是地壳，不过，现代的地壳不是完整的，而是由6个板块拼合成的。地壳平均厚度约为35公里。地壳以下为平均厚度近3000公里的地幔。地幔的上层称为软流圈，这里的物质已被熔化，犹如鸡蛋的蛋清。地幔以下是地核。
板块学说刚兴起时，人们把板块漂移的动力归于软流圈的对流。板块假说认为，地幔内部温度虽然很高，但各处并不一致，温度高的物质流向温度低的地方；地幔内各处的压力也不相同，受高压作用的物质会流向压力较低的地方；地幔内的物质的密度也不相同，重的物质向下沉降，轻的物质向上升起。于是，就产生了对流。由于软流圈产生物质的流动，上伏的6个大板块也随着移动。但是，有些科学家通过试验和测算，认为地幔内物质的结构和某些流变性质如滞性和强度对于对流有重大的影响，如地幔内的岩浆的粘滞度足以阻止对流，足够大的弹性强度可以制止对流的产生。地幔对流的存在还没有观测证据，它只是一种设想。有人还提出地球膨胀、万有引力常数的变化等作为板块活动的动力来源，但都不能成立。至今，大陆漂移的动力来源仍然是个自然之谜。
龙卷风成因之谜
龙卷风是积雨云底部下垂的漏斗状（大象鼻子状）的云柱及其伴随的非常强烈的旋风，又称龙卷。文献上记载的下降银币雨、青蛙雨、黄豆雨、铁雨、虾雨，还有血淋淋的牛头从天而降等现象，都是龙卷把地面或水中的物体吸上天空，带到远处，随雨降落造成的。龙卷的直径约数米至数百米，移动距离一般为数百米至数公里，个别可达数十公里。龙卷中心气压极低，中心附近气压梯度极大，因此，风速和上升速度都很大。龙卷中心附近风速一般为每秒几十至一百米，个别情况达每秒150多米，最大上升速度每秒几十米到上百米。由于漏斗状云柱内气压很低，产生强大的吮吸作用，当漏斗伸到陆地表面时，把大量沙尘等物质吸到空中，形成尘柱，称陆龙卷，当漏斗伸到海面时，便吸起高大的水柱称水龙卷或海龙卷。龙卷风的强大气流能把上万吨的整节大车厢卷入空中，把上千吨的轮船由海面抛到岸上。1925年3月18日美国出现的一次强龙卷，造成680人丧生，1980人受伤。1967年3月26日上海地区出现的一次强龙卷，毁坏房屋一万多间，拔起或扭折了22座抗风力为12级大风两倍的高压电线铁塔。龙卷风平均每年夺走数万人的生命。尽管人们早就知道龙卷是在很强的热力不稳定的大气中形成的，但对它形成的物理机制，至今仍没有确切的了解。有的学者提出了内引力——热过程的龙卷成因新理论，但是用它也无法解说冬季和夜间没有强对流或雷电云时发生的龙卷。龙卷风有时席卷一切，而有时则在它的中心范围内的东西却完好无损；有时它可将一匹骏马吹到数公里以外，而有时却只吹断一橡树干；有时把一只鸡的一侧鸡毛拔完，而另一侧鸡毛却完好无缺，产生龙卷风这些奇怪现象的原因更是令人莫测。为了制服龙卷，预测龙卷，人们正在努力探索龙卷形成的规律，解开这个自然之谜。
天降巨冰之谜
夏季下冰雹，不是新鲜事；下大冰块，则难以理解。
1981年的一天，西班牙拉加省阿洛拉市附近的农民正在田里干活，忽然听见刺耳的尖啸声，就像是飞机扔炸弹下落时的声音一样。人们不知发生了什么不测，异常恐慌。这时，只见一个星球形的巨大冰块从天而降，估计重约100公斤。这个“大冰雹”撞到地面后摔成许多碎块，溅撒在直径40米的范围内。
按常理讲，冷空气凝结成水珠，空气支持不住，落下来，便是雨；急骤冷却，可能形成冰雹。这样巨大的冰块是如何在天空中形成的呢？当地的气象学家正在集中力量研究这一新的课题。
“雨钟”之谜
在地球上，现代人已熟练地掌握了用钟表计算时间、安排工作、学习和休息。可是，在地球上却有两个地方是用下雨来计算时间的。