书城童书宇宙的秘密
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第19章 地球——人类的母亲(1)

生机盎然

直到今天,据我们所知,地球是唯一有生命的星球。与人类性命悠关的地球,到底在哪些地方得天独厚呢?

九大行星中地球距离太阳不远不近。地球是从太阳往外数的第三颗行星。如果用天文单位来量算距离的话,地球轨道里面有水星(0.4)、金星(0.7),地球以外有火星(1.52)、木星(5.2)、土星(9.54)、天王星(19.2)、海王星(30.1)、冥王星(39.5)。而地球是1个天文单位,距太阳1.5亿公里,远近适中,吸收阳光适度,既不像水星、金星遭太阳炙烤,又不像外行星被太阳冷落。因而具有适宜的温度,成为孕育生命、繁衍生命的天然温室。

九大行星中地球的质量处在枢纽地位。比地球质量小的有四颗行星,假定地球质量为一,冥王星(0.002)、水星(0.055)、火星(0.107)、金星(0.815)。比地球质量大的也有四颗行星:木星(317.83)、土星(95.16)、海王星(17.20)、天王星(14.50)。

九大行星中唯有地球携带生物所需的一切物质。大多数地球生物需要水和氧气,而地球恰好能自给自足。水覆盖了大半个地球,占7/10,氧气和其他气体混合包围在地球四周,生物们可以随时取用。氧、水和食物不断更生循环,新陈代谢。物质供应便源源不断。

九大行星中,只有地球表面生机勃勃。如果一位外来的太空旅行者,他一眼就会看出,地球比任何邻居都有趣。外面云层翻卷,压强、温度、湿度瞬息万变。往里看,会发现地球是个潮湿的星球,水面占71%的地面,除此之外,就是岩石组成的陆地,占29%地面。陆地的平均高度比海平面高840米,最大的陆块叫做大陆。大陆表面万紫千红,两极有白皑皑的厚冰壳,赤道上绿郁郁的热带丛林,沙漠中黄沙漫漫,草原上碧草茵茵。降临地球,更会被形形色色的生命吸引住。面积约5亿平方公里,纵深约为3000米的生物圈,它像一层外衣紧紧包裹着地球,厚度虽只有地球的1/4250,然而它对于生命却非同小可,绝大多数的植物、动物,包括人类,就在此栖息、繁衍、演绎着一个个生命的故事,地球因此而富有生气。

地球是人类的摇篮。所有的探测表明,尚没有发现哪里还有一个像地球这样适宜生命生存的星球,地球是宇宙中唯一的“绿洲”,我们在这片绿洲上生活,真是一大幸运!没有理由不好好保护它,并努力发展。

悬在空中

在广阔无垠的宇宙中,行星地球又恰似一颗微尘。地球的历史一般认为有46亿年,它在太空中运行几十亿年中,既受别的天体吸引(如太阳),同时又吸引别的天体(如月亮);既受万有引力作用,又受离心力作用。互相保持着平衡,在自己的轨道上有条不紊地运行着,整个太阳系,乃至整个宇宙组成一个看不见、摸不着的有机网络,地球就在网络中的一个网节上。

地球大小:半径6378公里,体积是太阳1/130万;

地球质量:5.98×1024千克,质量是太阳1/33万;

地球自转速度:赤道上465米/秒;

自转周期:23时56分;

公转周期:365日6时9分;

地球公转速度:30公里/秒。

地球环绕太阳运转一圈是365日多一点,是一个回归年,叫做一个地球年(水星一年88天,金星一年224.7天,火星一年687天),在这365天中,我们能看到天空斗转星移,同样的天空图景在一年后会再次重现。

地球同时又绕自己的轴心在旋转,自西向东每24小时转一周,这是地球上的一天,(水星一天176小时,金星117小时,火星24.6小时),我们观察到日、月、星东升西落,昼夜交替,面向太阳一面是白昼,背向太阳一面是夜晚。

地球斜着身体绕太阳公转。自转与公转轨道面的垂直方向有23.5°的夹角,于是,太阳一年中轮流在地球南北纬23°之间直射,于是地球有了四季的变换。当太阳正对地球北半球直射时,就是北半球的夏季及南半球的冬季,反过来,当太阳直射南半球时,南半球转为夏天,北半球进入冬天。地球上大部分地区就有了春夏秋冬的更替、寒来暑往的变化。我们按得到太阳光的多少和昼夜的长短,把地球分为热带、温带和寒带,我们中国绝大部分地区都在温带。

宇宙中的地球,都会受到邻近天体的影响,特别是太阳系的一族之长——太阳,太阳不单单用引力吸引地球,还把光热赐与地球。地球在物质方面配备充足,但能量却不能自给自足,全靠太阳给地球输送能量,生命才会生生不息。

太阳对地球影响极大自不必说,太阳系中的一些小天体也经常光顾地球。夜空中不时有流星、流星雨划破长空,坠入地球大气,有些较大的似乎意犹未尽,会一路直撞地球之门。天外的不速之客,使地球受到创伤,地球上不多的陨石坑是它们留下的纪念品,6500万年前恐龙灭绝,也是它们闯的大祸。

难怪有科学家惊呼:“地球村”也应该设防!

宇宙中的地球是个微小的天体,但并不是孤立地存在的。地球上的环境、结构、运动都受到各种天体的影响,地球所产生的现象都不是偶然的,往往可能在更大的环境系统中才能寻找到答案。

地球的年龄

公元前3000年前,苏美尔人发明了文字,据此推算,地球至少存在已经5000多年了。西方的《圣经》被当时的人奉为真理,《圣经》认为地球已有6000年了。当时便有一些学者便想否认这些观点,他们依据地球表面自然现象的缓慢变化规律,推算地球的年龄远不止才几千年。

1749年,法国科学家乔治·路易斯,根据各种自然现象变化规律估计地球变成当时那个样子,至少经历了75000年。

1715年,埃德蒙·哈雷根据流入海洋的河流,都要携带少量盐分到海,再假设海水本来是淡的,通过计算每年带入海水的盐量,就可知道海水经过了多少年才变成现在这么咸的,据此方法,他推算出地球已有10亿年了。这一假设是一种理想的计算方法,忽略了很多偶然因素。故此,结构与实际相差甚远,现在10亿年前的岩石地球上比比皆是,1931年发现了20亿年前的岩石,近代在格陵兰岛发现了38亿年前的更为古老的岩石。

现在科学家已通过放射性元素的衰变规律,通过测定岩石中放射元素的含量计算地球年龄大概为46亿年。

地心

远古神话和故事中,通常认为地球中心是空的,产生这一说法是因为当时发现了隧洞。实际上,我们目前所知隧洞最深的不过1617公里。而我们所钻的最深油井也只有9.6公里,而地球半径就有6350公里。那么地心到底是什么东西组成的呢?

科学家通过地震波在地球内部传播的变化规律,把地球结构划分为三部分。最外面一层叫地壳,由我们熟悉的岩层组成。在大约地下32公里处地层结构有些变化,这个变化的一层叫“莫霍断层”。再下面一层是地幔,也是由坚硬岩石组成。在地下2900公里处,根据地震波的突然变化,确定地心是由液态存在的物质组成。据推测地心是由液体金属组成,其中含90%的铁和10%的镍,但也有一种观点认为是由氧或硫化物组成的,这还是一个待解之谜。

人们曾为寻找钻石和金矿,曾试着不断地往地下深处挖掘,但越往下挖,温度就越来越高,一直高得让人无法忍受。越往下,越深处,温度就越高。根据越往地球深处走,温度升高速度率越大的现象,据估测,地心温度大概有68000℃左右。

千变万化

我们居住的地球,自诞生以来,已有46亿年的历史了。在这漫长的岁月中,地球不断发展变化,逐步形成了今天的地球模样。

地球生命史也长达38亿年,人类则有二、三百万年的历史。如果把地球46亿年的演化史比作24小时的话,人类的出现则只有半分钟,这时,我们会看到一幅十分奇异的演变图景。

在一昼夜的最初子夜时分,地球形成。

12小时以后,中午,在古老的大洋底部最原始的细胞开始蠕动。

16时48分,原始的细胞体发育成软体动物、海绵动物和藻类,然后,出现了鱼类。

21时36分,恐龙王朝到来。

23时20分,鳞甲目动物全部绝迹,地球是哺乳动物的天下。

只是到了23时59分30秒,才出现最早的猿人。

人类从原始蒙昧进入现代,在这一昼夜中只有1/4秒。

自然界在极漫长的时期逐渐发展起来,人类在其过程中只占了短暂的一瞬间,我们对地球的了解是极其有限的。

事实上,地球是既古老又新鲜的。我们对他既熟悉又陌生。

1.石英钟的变化

地球的自转速度不均匀。在过去相当长的时期内,几乎没有人怀疑地球自转是否均匀。然而没想到,地球长期以来,都在“欺骗”着人们。石英钟走时非常准确,大约在3万年内误差不超过1秒。不料,德国的天文学家首先发现,后来各大天文台都发觉,石英钟在秋天忽然慢了下来,到春天,又突然快起来。是石英钟出现了毛病吗?不会!天文学家从另一方面去怀疑,是不是地球在“调皮”呢?后来真相大白——地球自转速度因季节不同而有所变化,8月和9月自转速度最快,3月和4月自转速度最慢,以致石英钟秋天走得慢,春天走得快!后来,科学家进一步测量到地球不仅在一年之内自转速度不均匀,而且各年之间的自转速度也有差异。近300年的记录表明,地球自转速度最快是在1870年,最慢的是1903年。而且,每过几十年,地球还会来一个“跳动”,有几年转得快,有几年转得慢。

地球为什么会产生这种复杂变化呢?有人认为,这与两极冰川有关。地球上的冰川主要分布在南极洲和北极附近的格陵兰,南极冰川又是格陵兰的8倍。研究表明,南极洲的冰层的厚度,从1870年~1909年,减少了近25米,到1935年又增加了15米,此后又开始减少,冰层不断减少—增加—减少的变化周期,与各年自转速度的变化是相互吻合的。因为地表冰层变化,会使海水水位升降不同,地球质量的分布也有了变化,地球失去平衡,从而影响到地球自转速度的变化。这使地球表现得像一个溜冰运动员,每当他的手臂收紧时,变作高速旋转。而当他手臂重新伸展开时,旋转速度立即变慢。地球像宇宙中的陀螺一样时快时慢地转动着。也有人认为是季节风阻碍了地球均匀运动,经计算表明,每年冬天从海洋吹到大陆上,夏天又从大陆流回海洋的空气,重量大得惊人,它们也使地球的质量分布随季节有了微小变化,这样,地球的重心起变化,结构旋转速度也就时快时慢了。两种解释似乎都有道理,科学家也仍在探索中。不过地球自转还有一种长期变慢的过程,普遍地认为是与月球有关,这一点没什么分歧。

2.一天=一月

在最近2000年来,每过100年,一昼夜就要加长0.001秒,我们丝毫察觉不到,但日积月累,那将是很可观的。因为它是个一如既往的过程。这个原因在今天已很清楚,是月球对地球的潮汐作用使地球自转逐渐变慢了。地球上潮涨潮落,引起潮汐的主要是月球。月球引力对正月下的地方最大,此地的海水上升产生高潮;背对月球的那个地方受到月球引力最小,海水后退,朝着背离月球的方向鼓出去,也出现高潮。由于地球不停地由西向东自转着,但人们感觉不到地球自转,只觉得潮峰自东向西绕地球传播。潮峰的传播方向正好与地球自转方向相反,潮流对地球自转来说就是一种阻力,潮水与海底摩擦,与海岸碰撞、摩擦,地球的自转就会不自在起来,结果,地球一天的时间越来越长。大约再过50至100亿年后,地球上一天和现在一月将差不多少。恐怕人类是受不了的,不过这一切都是遥远的事。

3.正在长“胖”的地球

地球的体积在膨胀。过去一直认为,地球的体积是1100亿立方公里。科学家最新研究表明,地球实际体积要比这个数字大,因为地球在不断地膨胀。地质学家在收集大西洋中脊东西两侧的大量资料时,看到了令人吃惊的一幕:大洋的底面在不断扩大!由于海底火山不断涌出熔岩形成新的地壳,海脊西侧的旧地壳便被向外推移过去,大西洋的东侧海底正在向东移动,西侧海底在向西移动——大洋底部在扩张!海底扩张,导致1910年魏格纳提出大陆漂移理论。他提出,所有大陆在很久以前都一度全部合而为一成超大陆,以后超大陆逐渐破裂,分离形成了北美大陆、格陵兰大陆和欧亚大陆大部分,以及南美大陆、非洲大陆、南极大陆和澳洲大陆。现在的大陆仅是我们地球外层几个巨大板块的最上面部分,板块的边界都是有着剧烈地质活动的地区。火山、地震频频发生,熔岩在这里从地球深处涌上来形成新地壳。两板块碰撞,那里便耸起高大的山脉,同时有强烈地震发生。由于海底扩张,影响地球内部的物质组成,地心的密度逐渐变小,而地球的体积愈来愈大。由于体积的增大,使它自转的速度也降低了。美国科学家威尔斯分析许多珊瑚虫化石,从这种生理坚硬甲壳上的年轮和生长线得知,在3.7亿年前,地球上的一年等于395天,而现在只有365天。据此推论,在二亿年前,恐龙统治着整个世界,当时一年有385天,当时一天仅为23小时。当第一批植物离开水向陆地生根时,距今约4亿年,那时一年有405天,一天只有21.5小时。在原始海洋拥有丰富的无脊椎动物,开始诞生有保护骨骼的脊椎动物时,是距今6亿年前的事,那时,一年不少于425天,一天长仅为20小时。

这应该又是地球每天时间变长的一个解释了,相信不久的将来,地球自转的秘密会全部揭开。

4.愈来愈热

不仅地球表面的气温在明显升高,而且地核的温度也在大幅度上升。

美国科学家通过金刚石和钻枪模拟地核压力的实验,得出:地核温度为6880℃,不仅较以前人们认为的2700℃~3700℃要高几千度,而且比太阳表面的6000℃还要高。同时,经实验表明,大陆漂移的动力热源也来自地核,而不是以前认为的地核上面的地幔。这给科学家研究地球运动的规律提供了新线索。

地球是个固体星球,从地球表面往里面看,首先最外面是海洋下7.2公里,陆地上40公里的地壳。地壳下面是地幔,厚度约为2865公里,地幔下是地核——2270公里的熔融状态的外核和直径大约为2400公里的内核,内核的压力惊人,所以温度虽高,仍然是固态。

新计算出的地核温度,让我们意识到地幔和地核之间就像有一个压力锅,绝大部分地核热量不能释放出来,但少量热气可以溢出通道,使地幔慢慢沸腾,整个地幔都在对流。