书城科普宇宙的奥秘
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第12章 揭开太阳的面纱(6)

其实,地球的运动是在变化着,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,每年只有400天;3.7亿前年的中泥盆纪,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。天体物理学的计算,也就证明了地球自转正在变慢。科学家将此现象解释为是由于月球和太阳对地球的潮汐作用的结果。

石英钟的发明,使人们能更准确地测量和记录时间。通过石英钟记时观测日地的相对运动,发现在一年内地球自转存在着时快时慢的周期性变化:春季自转变慢,秋季加快。

科学家经过长期观测认为,引起这种周期性变化,与地球上的大气和冰的季节性变化有关。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椭圆,最远点与最近点相差约五百万千米。当地球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,运行速度减慢。

还有,地球自转轴与公转轨道并不垂直;地轴也并不稳定,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。地轴指向的这种不规则,是地球的运动所造成的。

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

由此可以看出,地球的公转和自转是许多复杂运动的组合,而不是简单的线速或角速运动。地球就像一个年老体弱的病人,一边时快时慢、摇摇摆摆地绕日运动着,一边又颤颤巍巍地自己旋转着。

地球还随太阳系一道围绕银河系运动,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起便开始了。

就现在地球在太阳系中的运动而言,其加速或减速都离不开太阳、月亮及太阳系其他行星的引力。人们一定会问,地球最初是如何运动起来的呢?未来将如何运动下去,其自转速度会一直变慢吗?

也许,人们还会问,地球运动需要消耗能量吗?若是这样,所消耗的能量又是从何而来?它若不需消耗能量,那它是“永动机”吗?最初又是什么使它开始运动的呢?存在着所谓第一推动力吗?

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。而现代科学的回答是否定的。那么,地球,乃至整个宇宙的运动之谜的谜底究竟是什么呢?

地球内部之谜

怎样才能了解地球内部的情况呢?最好的办法,就是钻到地球里头看一看,就像法国科幻小说作家尼尔纳写的《地心游记》那样。可惜科幻小说毕竟代替不了现实,到目前为止,人们还没有能力自由自在地钻到地球中心去活动。

按照目前的科学技术水平,我们采掘的矿井,最深能达到一两千米。我们的钻井一般深度也只有三五千米。为了特殊的目的打的超深钻井,最大钻探深度也不过万米左右。

可是,地球的半径有多少呢?足有六千三百多千米!对于六千多千米半径来说,一两千米、最多十千米的深度,就像我们吃苹果时,用刀子划破了的薄薄的苹果皮。苹果皮自然不能代替整个苹果,所以我们今天的的确确无法清楚地知道地心深处到底是什么。

当然,人们也不是对地球一无所知。因为地球总是每时每刻在活动。人们运用已经掌握的知识,对许多来自地下深处的信息进行分析判断,可以推测出地下大概的情形。

地球上的火山活动告诉人们,地下有炽热的岩浆。人们还根据已经流到地球表面上的岩浆,把地下的岩浆分成含硅酸盐比较多的酸性岩浆和含硅酸盐比较少的碱性岩浆。但是,岩浆来自于地下并不是很深的地方,最多也不过几十到几百千米。那么再深的地下是什么呢?

科学家们又找到另一种了解地下情况的武器:地震。

我们知道,一年之内地球上大震小震不断。地震时产生的地震波可以在地下传播很远。地震波在地下传播时,传播速度与地层深度有一定关系。人们发现,地球内部有两个引起地震波变化的深度。一个在地下33千米处,一个在地下2900千米处。在对千米深处,地震波传播速度突然加速;到地下2900千米深处,地震波速度突然下降。

为什么地震波传播速度会发生变化呢?原来,地震波传播速度的快慢与通过的物质状态有关。如果是在固态物质中传播,速度就低;如果在液态物质中传播,速度就快些。据此,科学家判断,在地表33千米以内,一定是固态的物质,就是我们可以看得见的各种各样的岩石,科学家称这一层为“地壳”。由33千米到2900千米,地震波速度与在地壳内的传播速度相比明显加快。科学家推断,这里可能存在着一种近似于液态的岩浆物质,科学家称这一层为“地幔”。当地震波传到地下2900千米以下,一直到地心,地震波再次减慢。于是科学家推测,这一部分可能又变成固态物质,科学家把它称为“地核”。就这样,地球划分出地壳、地幔、地核三个圈层。

打个不怎么恰当的比方,地球就好比一只鸡蛋,有蛋壳、蛋清和蛋黄三部分。虽然谁也没有亲眼看到地幔和地核到底是什么模样,但是,这种判断是有充分的科学根据的,因此,得到科学界的普遍认可。

人们早就知道,地下温度较高,每往下100米,地温要增加3℃。到15千米以下,温度增加速度变慢;到了6300千米的地心,地温要达到3000℃以上。不但地下的温度特别高,而且压力还特别大。有人估计,如果以地面大气压做标准,地心的压力要达到300万个大气压以上。当然,这些数据都是科学家们的推测,不一定那么准确,但是,地下是一个高温高压的环境大概不会有问题。

再一个问题要回答的是,地球内部都是由什么元素组成的。

今天,我们在地球上已经发现有一百零几种元素。实际上,这些元素在地球里并不是平均存在的。有的元素特别多,有的元素特别少。以地壳(地壳研究得比较清楚)为例,氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢、钛这10种元素占去了地壳99%以上。其余的八九十种元素只不过占1%以下。在上面提到的10种元素中,氧的含量最多,占地壳总量的近一半。其次是硅,占地壳的四分之一强。再次是铝,占地壳的十三分之一。这三种元素占去了地壳总量的80%。

那么,地壳以下都有些什么东西呢?是不是与地壳的元素分配完全相同呢?应该承认,我们对地下的物质组成知之甚少。人们大致可以这样估计:在地幔层,氧和硅的含量会比地壳有所减少,铁与镁的成分有所增加。在地核部分,大概铁与镍有明显增加,所以有人把地核又叫做“铁镍核心”。

所有这些说法都没有得到进一步的证实,只停留在假说阶段。

地球生命起源之谜

不仅是科学家,包括许多普通人在内的人类,自始至终最感兴趣的一个问题是:在我们这个生机勃勃的地球上,所有的生命是怎样开始的,是地球固有的还是外来的呢?

关于这个问题,科学界到目前还未有一致的说法。不过,科学家相信地球上最初的生命,不论它是什么,都一定具有繁殖下一代的能力,而这个最初生物懂得把有关自己的信息资料,以遗传形式传给下一代,把生命延续下去。

关于地球生命的起源,有两种假说,一种认为原始生命是原始地球上产生的。进化论学派生物学家认为35亿年前岩石形成时期的一种单细胞细菌,是人类的祖先。这种“原始”生物的构造也相当复杂,它拥有DNA的BNA两种基因,并由蛋白质、脂类和其他成分组成。令人怀疑在这“原始”生物出现以前,另有一种构造更简单的生物存在。

1953年美国大学生斯坦利·米勒的实验证明,生命的单位氨基酸能从几种简单的化合物中得到。从而使生命的“地球产生说”几乎成了定论。但根据近15年的见解,原始大气不是“还原型”的。米勒的实验很难合成生命的基本素材——氨基酸。

人们一直相信,地球上的生命最早是从海里诞生的,也就是说,生命起源于水。然而在20世纪80年代初,西方有些科学家对四十多亿年前地球上最早出现的第一批生命(即原始生命)的起源问题,提出了一种新的看法,引起了科学界的注目。这种新看法用一句通俗的话来说,就是“生命是从火里诞生的”。

按照过去地质史学界长期以来的传统说法,在地球形成的初期(距今35亿~36亿年前),由各火山口喷出的炽热的二氧化碳气体,在大气层中筑成了一个相似于温室的气墙,它吸收了太阳的热力,把热力凝聚在地球的表面上,因此,在地球诞生后不久的那些岁月里,由于地球表面的温度高达540℃左右,所以那时绝对不可能有任何生命的存在。直到地球表面的温度逐渐降低之后,生命才开始孕育生长。可是,有些科学家近年对上述说法提出了怀疑和挑战。

据1981年8月3日《新闻周刊》和1982年第5期美国《读者文摘》发表的文章报道,美国的圣海伦斯火山于1980年爆发时,释放出来的高温和喷发出来的有毒化学物质,杀死了附近苏必利尔湖中几乎所有的生物。但是,令人惊奇的是:美国俄勒冈州大学的科学家们却在该湖中发现了一些微生物,它们非常类似四十多亿年前地球上最早出现的第一批生命一原始微生物。该大学著名的微生物学者约翰·贝洛斯说:“火山喷发释放出的酷热能够将一些最基本的原始气体变成蛋白质和其他分子。”一这是地球上最早产生生命的第一步。

火山爆发把一些金属和硫倾散在苏必利尔湖中,使湖内淤积了大量的金属和硫磺,并把火山口里表面覆盖着硫磺的岩石加热到194℃——这恰好是一些奇怪的细菌能够繁衍的适当条件。该湖里的微生物用它们多孔的“皮肤”吸收养料,包括铁、锰、氨、硫、碳等。这些微生物是厌氧的,它们根本不靠氧气生存。据一些科学家推测,地球上最早出现的第一批生命一微生物,就是厌氧菌,也是不靠氧气生存的。这一推测和20世纪80年代于加拉帕戈斯深海火山口周围发现的水下微生物是一致的。

另一些科学家不赞成生命原自地球本身说。

火山星体科学家们怀疑生命的起源来自星际空间,理由是在月球表面或火星的火山口,都可以找到不少有机合成物。早在19世纪初,人们已在陨石上找到有机分子,它们是有机合成物诞生的重要因素。这种观点认为:地球生命来源于宇宙,陨石是载着生命种子的星际“飞船”,地球上最初的生命就是由陨石送来的。日本电气通信大学的中川直截大胆地提出一种新设想,生命的基本物质诞生于漂浮在宇宙的尘埃上,掺杂在宇宙尘埃上的氢等受到放射线的照射,发生反应,形成氨基酸等复杂有机物。它们随陨石进入地球,形成生命的母体。如果这种见解是正确的话,那么昔日被人笑为幻想的生命地外说又死灰复燃了。

不过,持原始生命产生于地球本身观点的科学家们认为,这些星体上的有机物,迁居地球的机会绝无仅有,因为它们降落地球时产生的高温,足以把整个海洋蒸干,令地球成为不毛之地,任何生物也无法在其上生存。由此看来,两种见解都有难以服人的缺陷,两种见解至今还在不断完善,不断争论之中。

据2000年7月23日《大河报》报道,美国和欧洲的一些天文学家,目前仍在讨论这样一个问题。生命是否起源于火星而非地球,地球上的生命是否是由陨石带来的?

芬兰研究人员毛利威尔托嫩在给美国天文学会的一份报告中指出,近来的天文观察和实验结果,使得有关的科学家们越来越相信,我们地球人的祖先,很可能是来自火星的“火星人”。

当前,大多数科学家都认为,生命源于一个类似现代的细菌那样的“先祖”。这个细胞后来进化为植物、动物和人类等各种生命形式。传统的观点认为,地球上第一个这样的细胞出现在35亿~38亿年之前。

然而,一个由10位来自欧美国家的天文学家组成的专家小组最近提出,比地球小,并且离太阳更远的火星,早在地球冷却前,就已经适合生命的存在。这个小组中的来自瑞典皇家技术学院的资深学者米莱考斯基说:“火星先于地球出现生命,我们人类的祖先很可能是某种形式的‘火星人’。”