书城科普读物探究式科普丛书-人类生存的基石:地球
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第1章 人类美丽的家园(1)

第一节地球概况

从太空俯瞰,地球是一颗蔚蓝色的美丽星球,其表面占大多数面积的是海洋,而被海洋包围着的则是陆地。我们人类就生活在地球的这些陆地上。

地球的表面形态是千姿百态的,有隆起、凹陷,有高原、平原、沙漠、盆地、高山,还有丘陵、沼泽、河流、峡谷……那么,我们所生活的地球究竟是个什么样子呢?

我们知道,地球是太阳系八大行星之一,按照离太阳由近及远的次序,排列第三,位于水星和金星之后,为八大行星中第五大星球。

从目前看来,地球是唯一一个存在已知生命体的星球。同时它也是八大星球中唯一一个不是从希腊或罗马神话中得到名字的星球。据考证,英文Earth一词来自于古英语及日耳曼语,当然这里也还有许多其他语言的命名,如在罗马神话中,地球女神名为Tellus,即“肥沃的土地”。

1.地球的形成

关于地球的起源,从古到今,人们提出过各种各样的说法。如我国远古时代,有盘古开天辟地的神话;西方基督教的《圣经》里,也有上帝花了六天工夫创造世界的叙述。

我国古语说:“混沌既分,阴阳剖判,轻清者上浮而为天,重浊者下凝而为地。”那时候的人们认为,最初宇宙是混混沌沌的,待混沌一分开,阳和阴、天和地也就分清楚了,轻清的物质上浮变成蓝天,重浊的物质往下凝聚变成大地。这种说法尽管提到了物质的上浮和下凝,但是它并没有说明混沌是怎样分开的,也没有解释地球和太阳以及与其他行星的关系,因而,地球的起源问题并未说清楚。

到了18世纪,法国哲学家康德提出了有关太阳系起源的“星云说”,他指出:太阳系是由一团弥漫在太空中的物质微粒凝聚而成,通常这些物质微粒弥漫成云状,叫做“星云”。同时,康德还认为,形成太阳系的物质微粒,最初分布在比今天太阳系大得多的空间范围里,这些微粒在这个范围里飘浮。由于万有引力的作用,物质微粒互相吸引,密度大的微粒吸引附近密度小的微粒,逐步形成团块;较大的团块又吸引较小的团块和微粒,成了中心团块(又名引力中心);中心团块又不断吸引周围的微粒和团块,变得越来越大,直至最后凝聚成太阳。有些团块或微粒在向中心团块迁移的过程中,由于相互碰撞,产生偏移,它们并没有落入中心团块中,而是在其引力的作用下,围绕中心团块旋转起来。之后这些团块和微粒又各自形成小的引力中心,吸引四周的微粒,最后凝聚成行星。一般而言,行星四周的微粒也有类似的凝聚过程。按照康德的“星云说”,人们把地球的形成归结于“没有落到太阳中心的微粒凝聚作用”。

事实上,“星云说”是康德提出的一种假说,这一理论把太阳系的形成解释成为星云物质按其客观规律运动发展的一个过程。此后,另一位比康德晚几十年的法国科学家拉普拉斯也提出了与之相似的观点,并且还用数学计算进行了论证。

尽管后来的许多科学家发现“星云说”存在着许多不足之处,但是大多数的人们还是接受了这种假说。有趣的是,“星云说”可谓是到目前为止,最经得起时间考验的假说之一,许多科学家都从各方面不断地完善了这种说法。

众所周知,地球不仅是我们人类的共有家园,而且也是其他生物所共有的家园。爱护地球,珍爱生命,要从认识地球的形成开始。

作为太阳系的一颗行星,地球的外部被气体包围着。其实,在最初形成时,地球是一个巨大的火球。随着温度的逐渐降低,这个火球较重的物质下沉到中心,形成地核;火球较轻的物质漂浮到地面,冷却后形成了地壳。大约在46亿年以前,地球的大小就已经和今天的地球相差不多了。原始的地球上,既无大气,又无海洋。在最初的数亿年间,由于原始地球的地壳较薄,加上小天体的不断撞击等原因,造成地球内熔液不断上涌,因而,地震与火山喷发也就随处可见。地球内部蕴藏着大量的气泡,在火山喷发过程中,从内部升起形成云状的大气。这些云中充满了水蒸气,然后又通过降雨落回到地面,降水填满了洼地,注满了沟谷,最后积水形成了原始的海洋。

到了距今25亿年至5亿年的元古代,地球上出现了大片相连的陆地,于是地球就形成了。

事实上,无论从哪方面来解释,地球的起源都是一个非常复杂的问题。那么,它到底是怎么起源的呢?这还有待今后进一步探讨和研究。

2.地球的年龄

我们知道,根据树干的年轮多少,我们可以判断树木的年龄。目前,地球上年龄最长的树木可达四五千年。但是,相对而言,四五千年的时间与地球的年龄相比,就好似人生中的一秒,微不足道。那么,地球的年龄到底有多大呢?至今仍众说纷纭,各家不一。现今,多数学者认为,地球已有46亿年的年龄,不过,也有人说是20亿年至30亿年或50亿年。

人们是如何来测定地球年龄的呢?一开始,人们利用海水中盐的浓度来推算地球的年龄。即假设在海水中所有的盐都来源于陆地上的河流,如果计算出一年中世界上所有河流搬运到海里的盐量,再从海洋中长年累月地蒸发后,达到现代海洋中盐分的浓度,推算其所需时间。通常,这样推断的话,地球有一亿数千万年的年龄。

不过,从某些方面来讲,这种推算极不科学,因为我们并不十分清楚地球过去的河流分布、年降水量、海陆分布和气候等情况,况且海洋中盐分的形成,也并不完全是陆地河流搬运的结果。

另外,除海水中盐水的浓度推算外,科学家们开始寻找新的方法来测定地球的年龄。河流每年携带着大量的泥沙流入海洋,这些泥沙就在海洋中沉积下来形成沉积物,时间越长,沉积物的厚度就越大。世界上沉积物形成的最厚的沉积岩,有100千米厚。沉积物要达到这样的厚度需要3~10亿年的时间,于是有人提出地球的年龄大概在10亿年左右。不过这个数字仍是很不科学的,因为在有物质沉积之前,地球早就形成了。

此外,沉积物中有大量的生物化石,也可以提供当时沉积的时代。

最早的生物遗迹,是南非发现的微植物化石,种名叫古球藻;另一种叫原始细菌,距今约36亿年。但在生命诞生之前,地球早就存在了,所以地球的年龄应该比36亿年还要大。

最后,值得一提的是,现代物理学的研究成果,成功地开拓了研究地球年龄的另一新方法。科学家们发现,放射性元素是以一定的速度蜕变的,如1克铀每年生成六亿分之一克铅。根据放射性元素的这一性质,目前测得世界上最古老的岩石为42亿年左右,最古老的化石蓝绿藻约35亿年。正是运用这种方法,地质学家巴牛斯测定了许多陨石的年龄,其中得出陨石的平均年龄为17亿年,最老的为70亿年。通常,这些陨石的年龄可能说明了银河系的年龄,也可能说明了太阳系的年龄。

不过,要十分精确地测定地球的年龄是一个十分困难的问题,问题的关键在于,太阳系及银河系的起源问题尚未解决。实际上,地球的年龄与太阳系的年龄是密切相关的。

目前,一般认为,地球的年龄是46亿年。如在地质年代表中,时间的上限为46亿年。

3.地球的重量

众所周知,世界上的万事万物都生活在地球上,那么我们所赖以生存的地球有多重,它的质量究竟是多少呢?

因为地球是悬浮在太空中的,所以“称”地球重量的方法,就与将一件物品放在天平上称大不相同。日常生活中,我们所说的地球质量,是指构成地球的物质的量。目前大家比较认可的是英国科学家卡文迪许的结论,即地球的质量约为60万亿亿吨。人们为了便于书写,一般把它写成6×1024千克。那么,科学家是怎样获知地球质量的呢?原来,他们根据的是牛顿的万有引力定律原理。也就是说,任何物体都相互吸引,重力也同样遵守万有引力定律。根据万有引力定律我们得知,任何两个物体都以一定的力相互吸引,这个力与两个物体的质量和相互之间的距离有关。两个物体的质量越大,相互间的吸引力就越大;两个物体间的距离越远,相互间的吸引力就越小。

为了测量地球的质量,可以这么做:把一个体积很小的重物挂在一根细线上,测量出这重物的准确位置。现在把1吨重的铅移近这悬挂着的重物,于是重物与铅之间有一个吸引力,正是这一吸引力使重物稍稍离开它原来的位置(事实上,它只偏离原来的位置不足千分之一厘米,所以你能明白,做这种测量时,精确度要求有多么高)。测量出重物偏离原来位置有多远之后,科学家就能利用数学原理,算出地球的重量。他们已测出地球对重物的吸引力,也测量出了,1吨铅对悬挂着的重物的吸引力,可以计算出这两个数字间的相对差异,借此便可以得出地球的质量。

4.地球的结构

从地球的表面来看,大陆地表的地形、地貌错综复杂,形态各异。既有高山,又有平原;既有高原,又有盆地;既有河流,又有湖泊……可是,你知道吗?我们所赖以生存的地球为什么会有着这样千姿百态、风格迥异的地理结构呢?

在漫长的古代社会,人们长久以来一直认为,地球才是宇宙的中心,整个宇宙都围绕着地球在旋转。直到16世纪时,人类才知道,地球只不过是太阳系一颗普通的行星而已。

事实上,不需要太空探测船,人们也可认识地球,不过,直到21世纪,我们才真正勾勒出整个地球的全貌。当然,能从太空中取得它的影像,是其中相当重要的因素。如地球的太空影像对天气预报,尤其是对台风(飓风)的预报,有很大的帮助。

众所周知,人们所生活的地球是一个形状大致呈圆形的岩石行星。从化学成分及地震特性来看,地球本体可以分成地壳、地幔和地核三个部分。一般来说,地球0~40千米,为地壳部分,0~2890千米,为地幔部分,2890~5150千米,为外地核部分,5150~6378千米,为内地核部分。

第二节地球探秘

1.地球的褶皱

地球历经几十亿年的动荡和发展后,就像一位饱经风霜的老人,表面留下了许多凹凸不平的“皱纹”。据探测观察表明,地球表面的岩石圈虽然坚硬,但当它受到来自地球内部力量的强烈挤压、拉张和扭曲时,会把内营力慢慢地在岩层里聚集起来。年长日久,这个力越聚越大,最后终于超过了岩层本身的强度,使得岩层承受不了,而发生弯曲甚至断裂。这种现象,就是地质学上所说的“褶皱”,即一种由于岩层受到水平方向力的挤压而发生波状弯曲,但又未失去连续性和完整性的现象。

褶皱最基本的形势有向斜和背斜两种。向斜是指岩层向下弯曲的部分。一般来说,在向斜构造的岩层中,越靠近中间部分的地层越年轻,越远离中间部分的地层越古老;背斜是指岩层向上隆起的部分,其构造恰好和向斜相反,即越靠近中间部分的地层就越古老。