书城童书万事之谜
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第40章 无奇不有的神秘地球(3)

大多数人比较赞同的看法是:大约在50亿年前,从太阳星云中分离出一些大大小小的星云团块。它们一边绕太阳旋转,一边自转。在运动过程中,互相碰撞,有些团块彼此结合,由小变大,逐渐成为原始的地球。最初形成的原始地球是不稳定的,在引力作用下急剧收缩,加之内部放射性元素蜕变,使原始地球不断受到加热增温,在温度达到一定高度后,便出现了比较重的金属元素向内部沉积形成地核,轻的物质上浮就形成了地幔和地壳。内部的水分汽化与气体一起冲出来,飞升入空中,由于引力的作用在地球周围形成一个水和气组成的大气层。地壳在连续的不稳定的运动过后,形成了高山、平原、河床、海盆等等地形。随着地壳渐渐地冷下来也静下来,水蒸气形成云层,产生降雨。经过很长时间的降雨,在原始地壳低洼处,不断积水,形成了最原始的海洋。再经过地质历史的沧桑巨变,水量和盐分的逐渐增加,原始的海洋才逐渐形成如今的海洋。

关于海洋形成美国科学家提出的一种新的假说,海水来自冰彗星雨。他们通过对1987年从卫星获得高清晰度的照片的分析发现一些过去从未见到过的黑斑,或者说是“洞穴”,并认为这些“洞穴”是冰彗星造成的。可以想象,在数亿年的时间里大量的冰彗星进入地球大气层,地球表面将得到非常多的水,于是就形成今天的海洋。但是这一假说有很多不足的地方,而且缺少比较有力的证据。

海洋是如何形成的,或者说,地球上的水究竟来自何方?空拍只有太阳系起源问题得到解决了,地球起源问题、地球上的海洋起源问题才能得到真正解决吧!

11.海底世界的未解之谜

地球上海洋的面积大约有3.6亿平方公里,约占地表总面积的71%。然而我们对海洋的了解并不比我们对地球的了解多。然而随着科技的进步,人类对海洋的了解正日益深入,但神秘的海洋总以其博大幽深,吸引着人们对它的思索。可海洋还是有那么多的未解之谜让人类为之困惑不已。下面我们就来说说其中的几个:

北冰洋的海底扩张是否停下来了北冰洋是四大洋中最小的,面积仅有大约1310多万平方千米,而且存在广阔的大陆架,所以有人把它看成是大西洋的一部分。北冰洋也其它大洋一样存在大洋中脊(内森海岭),但在整个北冰洋地区,火山、地震活动却是很微弱的。据专门从事这方面研究的科研人员统计:从1900~1980年之间这80年间,北纬70°以北地区只发生了40次6级以上的地震,当然很多人认为由于北极厚厚的冰盖阻止了地震的发生,但是还有一个不能忽视的原因,地球自转产生的偏向赤道的离心力会使地球内部的能量向中、低纬度转移,从而削弱了两极地区的活动。一般地来说,任何快速自转的天体,其两极地区的活动均会受到削弱。地球作为一个快速自转的天体,北冰洋的地震和海底扩张活动就不能不受到影响,从其地震、面积、无深海沟等情况判断,北冰洋的海底扩张即使没有停止,也是非常微弱的。

太平洋洋脊位置偏侧之谜科研人员在研究全球海底地貌图中发现连绵不断的纵横贯通四大洋的洋脊,并不像人们想象的那样位于大洋中央,这和人们根据海底扩张假说,洋脊两侧的扩张应是平衡的推论相违背。而且太平洋洋脊亦不在太平洋中央,而偏侧于太平洋的东南部,并在加利福尼亚半岛伸入了北美大陆西侧。科学家们难以用海底扩张假说来解释从加利福尼亚半岛至阿拉斯加这一段的火山、地震、山系等的成因。太平洋洋脊为什么偏侧一方?北美西部沿岸的山系、火山、地震等又是怎样形成的?对于科研人员这还是个未解的课题。

西太平洋洋底复杂的地貌由于太平洋洋脊偏侧于东南方,于是在太平洋东部便形成了扩张性的海底地壳——东太平洋海隆。但在太平洋中西部广阔的洋底,地貌也是相当复杂的,在那里存在着一系列的岛弧、海沟、洋底火山山脉和被洋底山脉、岛弧分隔成的较小的洋盆等,这些看来并不完全像是由海底扩张所产生的洋底地貌,而更像是古泛大洋洋底的一部分。因为如果是海底扩张所形成的地貌,应该除了海沟、岛弧、沿岸山脉外,大部分应是较为平坦的、从洋脊到海沟一定倾斜的海隆地貌。虽然有人对此提出过多种假说,但迄今为止还没有较为公认、一致的看法。

12.海洋的年龄有多大

我们对海洋的了解其实很有限,就连她的年龄至今还没有搞清。在过去的很长时间里,人们普遍认为,海底应该是很古老的,她的年龄以该和地球的年龄差不多。然而,近几十年人们对深海的考察研究却颠覆了这种想法。海底的年龄究竟有多大呢?海洋的洋底是年轻的,这是科学家们普遍都承认的。洋底的年龄最老也超不过2.2亿年,和现在人们证实的地球45亿年的寿命相比,大洋地下的洋壳也不过是最近才形成的。

科学家还在继续着对海洋年龄的研究,人们对海洋的年龄和性质等方面的认识还有着较大的分歧,这其中对立比较激烈的观点有三种:第一种观点认为,地球上各大洋的年龄是不相同的,这其中太平洋的年龄最古老,在远古时代就形成了,而其它各大洋的年龄相比起来还比较年轻,均在古生代末期或中生代才形成。第二种看法认为,海洋是原生的,是古老的,在地球的地质发展的初始阶段就已经有原始海洋存在了。这是一种比较传统的看法。第三种观点是,地球上的各大洋都还很年轻。这是根据陆地地壳的海洋化假说而得出来的推论。这一说法认为世界各大洋都是在古生代的末期到中生代的初期于各大陆原来的地区产生的。现在,有越来越多的人赞成海底扩张理论和板块构造理论。按照这种新概念,可以肯定地说,世界各大洋均在中生代形成。所以有“古老的海洋,年轻的洋底”之说。

13.海底古磁性条带之谜

19世纪末,著名物理家居里夫人在自己的实验室里发现磁石有‘加热到一定温度时,原来的磁性就会消失’的物理特性。后人们为了记念他的这一发现就把这个温度命名为“居里点”。在地球上,岩石在成岩过程中都受到过地磁场的磁化作用,获得了微弱磁性,并且被磁化的岩石的磁场与地磁场的磁极是一致的。在这种情况之下,无论地磁场怎样改换方向,只要它的温度不高于“居里点”,岩石的磁性是不会发生改变的。根据这个道理,只要测出某一时期形成的岩石的磁性,自然能推测出当时的地磁方向。这就是在地质学研究中人们常说的化石磁性。科学家们在此基础之上,利用化石磁性的原理,研究地球演化历史的地磁场变化规律,这就是古地磁说。

为了寻找大陆漂移说的新证据,科学家把古地磁学引入海洋地质领域,并取得令人鼓舞的成绩。

二战之后,科学家曾经两度使用高灵敏度的磁力探测仪,在大西洋洋中脊上的海面进行古地磁调查。而这两次调查所获得的资料使人们惊奇地发现,在大洋底部存在着等磁力线条带,而且呈南北向平行于大洋中脊中轴线的两侧,磁性正负相间。这其中的每一条磁力线条带的长大约都在数百千米,宽度在数十千米至上百千米之间不等。海底磁性条带的发现,成为本世纪地学研究的一大奇迹。

英国剑桥大学的瓦因和他的老师马修斯在1963年提出,如果“海底扩张”曾经发生过,那么,大洋中脊上涌的熔岩,当它凝固后应当保留当时地球磁场的磁化方向。也就是说在洋脊两侧的海底应该有磁化情况相同的磁性条带存在。如果地球磁场的两极发生反转时,磁性条带的极性也应该发生反转,磁性条带的宽度可以作为两次反转时间的度量标准。这个大胆的假说,很快便被人们证实了。人们在太平洋等几个大洋中都找到了同样对称的磁性条带。不仅如此,科学家还进一步的提出假说:计算出在7600万年中,地球曾发生过171次反转现象。

科研人员的研究还发现,地球磁场两次反转之间的时间最长周期约为300万年,最短的周期约为5万年,两次反转的平均周期约为42~48万年。目前,地球的磁场方向己保留了将近70万年的时间,所以,人们预感到一个新的磁场变化可能正在慢慢地向我们靠近。

人们对于海底磁性条带的研究仍在继续进行之中,但是许多问题仍找不到令人满意的答案。

14.大陆竟然在漂移

我们在形容让一个人踏实的时候,总会用“脚踏实地”这个词,在我们的心里总认为大地是最稳当的,可如果告诉你我们的脚下的大地也是在移动的,你会怎么想?

这一概念的提出可以追溯到上个世纪开始以前,但直到1912年关于大陆漂移的系统论述才初步形成。这一系统论述的提出是德国气象学家魏格纳在讲课中提出来的。但是由于其时正逢第一次世界大战,于是在战争前后的十年间这一假说并没有受到地质学界的重视。

在一战结束后的第四年,也就是1922年科学杂志《自然》上发表了一篇评述魏格纳的书的短文,写到:魏格纳假定一个超级大陆于3亿年前破裂,其碎块漂移出去形成现今的大陆。作为证据,他指出不同大陆的大型地质构造,如非洲西海岸和南美的东海岸似乎可以吻合。这一原理能够解释许多地质学问题,终于在以后几十年代中成为辩论的主要焦点。

杰弗里斯——现代地球物理学的奠基人曾指出该理论依据的两点名假设:第一是无论是多小的力只要作用时间足够长就能有效地使地球的岩石变形。第二假说中提出大陆是在漂移的。杰弗里斯相信这第二个假设是错的。如果大陆是坐落在有很高强度的岩石上,漂移将是不可能的,这要求这个‘小力量’必须胜过同时作用着的反作用力。这就使得这一假设与人们所理解的物理学不一致了。要知道当时,从地震波所得的证据表明大陆构造比早期设想的要深。大多数地质学家当时都不愿接受大陆漂移,因为当时没有已知的自然过程可使之实现。

到60年代末,随着科学技术的发展地震学研究已分辨出世界范围的地壳厚度差别。此外,科学界还注意到,不论是海洋还是大陆,在地壳之下的上地幔内,都有一层地震波速低于其上覆岩石的低速层。这种地震波速的降低表明岩石物质的弹性和刚度随深度有所减小。大陆漂移的支持者们现在应该认真考虑的是一个软弱带上支撑着刚性较大的地质“筏”的概念。

现代认为,地球上部刚性的一层叫做岩石圈,地壳仅是岩石圈最上面的表层。岩石圈不仅包括地壳,还包括深达150千米或更深的刚性层。岩石圈在大洋区较薄,在古老大陆块下较厚。

研究地震波的特性表明岩石圈的底部是逐渐而不是截然变化的。它渐渐地并入地球另一层,叫软流圈。软流圈深至600~700千米,其特征是地震波速较低。因此一般认为软流圈比岩石圈软,也许接近熔融状态。刚性岩石圈浮在这层粘性物质上,以百万年的时间尺度缓慢地移动。

刚性岩石圈漂浮在较弱的软流圈上,形成一个较令人满意的大陆漂移原理,它不再像50年前那样因受到批评而沉默。

现代科学的发展、精确的大地测量数据证实,目前大陆仍在缓慢地保持水平运动。古地磁的资料也表明,许多大陆块现在所处的位置并不代表它初始的位置,而是经过了运移的。但是最初的大陆漂移说不能解释泛大陆分裂的古生代褶皱带,不能解释升降运动。如果大陆比基底坚硬,大陆就不会挤压成褶皱,而是基底挤压成褶皱。如果大陆的基底软,则大陆根本不会漂流。

而自20世纪60年代以来,板块构造学说的兴趣给这一学说以新的解释。

15.好奇向脚下延伸,探索地壳

早期的地震学工作只有不多几个地震台资料,在那些熟知地表构造很复杂的地质学家中广泛流行着这样一个观点,地壳处处是平坦的结构。按照这一观点,大陆地壳仅由两个主要岩石层构成,而近几年的地震学观察工作,揭示了更多的不规则性。人们经过不断的勘测证实,地壳性质确实有很大变化,特别是在浅海和大陆山区,几乎没有一个地区地壳可在地质上简单地分为两层。

现代地球物理野外测量,对地壳变化提供了相当详细的研究成果。对许多陆地上的人工震源和天然地震的研究确定了地质上不同的大陆地壳岩石具有不同的物理性质。古老前寒武纪地质区域的地壳构造最简单、厚度最均匀,如西伯利亚、加拿大和澳大利亚的广大地块自前寒武纪末几乎几千万年来未曾经受变动。较年轻的地区诸如北美西部地壳由厚度和倾向不同的地壳组分构成。

识别地壳岩石详细构造的努力很大程度上依靠石油勘测工业中发展起来的高技术。放在卡车上的震动装置由一个大电动机提供地震波的能源。在20秒内,起震器最高可达30吨的垂直力以大致像正弦波的形式作用于2米的地面上。其频率可在20秒左右缓慢变化,震动周期大约在8~32赫兹间线性变化。从地壳构造反射来的信号被安置在横过地面剖面上的许多地震仪的磁带记录下来。在一些雄心勃勃的实验中,上百台地震仪以100米的间隔安放在10千米长的剖面上。这种方法不需要在钻孔中爆破,而且科学家能简便地控制波源的特征。

现代专家们对了解地壳构造如何影响地震波方面取得了显着进展。因为现在已能记录到各种不同波长的波。人们能够追踪长波长面波的波前通过不同地壳构造的情况,它很像第2章末谈到的大洋滚浪绕射过突出的岩角,传向被它遮挡在后面的海滩。计算机模拟南加州1985年惠蒂尔-纳罗斯地震从震源向北运动的勒夫面波的变化着的波前图像。该波前通过3条宽阔地壳带:西部沿海岸的混合变质岩、中部加利福尼亚大谷的深沉积物和东部塞拉内华达花岗岩。勒夫波在花岗岩中传播较快,在沉积物中较慢。通过塞拉内华达的勒夫波跑得快,跑到它西面邻居——岩石刚性较低的大谷的波的前面。计算出来的图像被北加州地震观测台对1985年地震的实际记录所证实,并且通过波前的真实测量改进了初始计算时依据的地壳模型。

16.大西洋中脊之谜