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第25章 行星中的代表:地球(1)

1.地球的起始

地球

在宇宙中有一个我们很熟悉又很陌生的星体,那就是我们美丽的家园——地球。

在科学发展的初期,人们长期信奉上帝造世界的观念,哥白尼、伽利略、牛顿等科学家的发现彻底的推翻了神创论。

1796年,法国的数学家、天文学家拉普拉斯提出行星由围绕自己的轴旋转的气体状星云形成说。星云因旋转因体积而缩小,其赤道部分沿半径方向扩大而呈扁平状,之后从星云形状形成了一个像土星一样的光环。环的性质是不均匀的,物质可以凝聚成凝云,后来又发展成为行星。拉普拉斯的假学说既简单又动人,同时又解释了当时所认为的太阳系的许多特点,他的假学说竟然统治了整个19世纪。

科学家肖梅克在1977年的时候提出:固态物体的撞击是发生在类地行星上所有过程中最基本的。在此基础上提出了宇宙撞击和爆炸的假说。他认为这种撞击是分等级的,第四级的撞击形成月亮这样的卫星。具体过程是:一个撞击体冲击原始地球,引起爆炸,围绕地球形成一个气体、液体、尘埃和“溅”出来的固态物质组成的带,最初是碟状的,因旋转的向心力作用而成球状,失去了部分物质的地球也重新成为球状。相信随着科学的发展,地球起源之谜,总有一天会被解开。

地球的诞生及其演变

我们只知道,地球是由水和岩石组成了,它与其他的星体不同的地方就是它可以孕育生命,它是千千万万种生物赖以生存的地方,是我们在浩瀚的宇宙中惟一的安全的港湾。但是地球是怎样的发展的呢?在浩瀚的宇宙中又是哪种力量造就了这颗神秘的行星呢?

地球为人类提供了水、空气、和食物,地球仿佛就是专门为人类的诞生所打造的。在50亿年前,地球还没有诞生。当时在银河系中,地球目前所在的位置只是一团气体和空气。科学家们称其为分子云,它是由数百颗死亡的恒星的碎片组成的,这团分子云开始慢慢自转,在分子云慢慢缩小后,地球的自转速度加快,同时又在太空中吸收物质能量,使分子云中心温度上升,最后这团缩小后的分子云就演变成了今天的太阳,剩余的分子云由于高速运转,经过气体和灰尘扩散成了一个大圆盘,就变成了地球和其他行星。

有的科学家认为,月球的诞生是由于地球的作用。大约在38亿年前,某星体突然与地球碰撞,许多的飞散的碎片在地球的吸引下,就变成了的月球。

在地球诞生了5亿年之后,地球上有了海洋。在海洋里,各种物质相互作用,产生了有机物,诞生了最原始的生命。大约在20亿年前,海洋中的海藻类大量繁殖,产生的光合作用形成了氧气供给大气。

在海洋里,部分物质下沉,较轻的物质上升,海洋中形成了海岭的两侧运动,大约在19亿年前,生成了超大陆。那个时候的超大陆上还没有真正的生命物种,由于地球磁场和臭氧层形成,生物避免了宇宙射线和紫外线的辐射。大约在5亿年前,生物的种类逐渐增加。

首先是植物,接着是鱼类和两栖动物开始由海洋转向陆地生活。大约在2亿年前,超大陆又进行了一次分裂。由于火山的频繁爆发和地震,适者生存,许多的低级植物开始灭绝,只有高级植物才适应了环境,生存了下来,于是就开始出现了爬行类植物。

就这样,地球上的生物大量的生物灭绝,而后又出现了较高级生物出现。大约在2亿800万年前,恐龙在地球上出现,到了侏罗纪,由于地球气候变暖,许多的恐龙开始大型化。在6500万年前,恐龙灭绝。在恐龙灭绝后,哺乳动物占到了主导地位,不断的进化、繁荣。

有的人认为,大约在500万前,哺乳动物类的部分灵长类动物在非洲进化成了猿人。在1万2000年前的第四纪冰川期,人类就开始各地迁徙扩散。

2.我们的地球

虽然我们都生活在“地球村”,都知道地球是属于宇宙的一颗行星,但是你对地球的认识有多少呢?

地球的质量

计算地球质量的办法有很多,但是如果我们把地球看成质量均匀,并且忽略其他天体的影响,那么我们就可以通过如下途径计算地球的质量:

方法一、在赤道上,地球对质量为m的物体的引力等于物体的重力与随地球自转的向心力之和,则为5.984×10^24kg。

方法二、在北极,如果不考虑地球自转,结果为5.954×10^24kg。

方法三、把地球看作质量均匀的球体,忽略自转影响,半径取平均值,重力加速度取标准值。则为5.965×10^24kg。

地球的温度

通常人们都认为太阳是温度最高的星体,其实地核的温度比太阳的表面的温度还要高,地核的温度约为6880℃,太阳表面的温度约为6000℃。地球的最高温度爆发在闪电中,一次闪电能释放1000亿焦耳的能量,达到30000℃,这可是太阳表面温度的5倍,但是它的温度始终不能和太阳内核的温度相比,太阳内核温度约为14000000℃。

但是地球也有最冷的地方。在北半球的西伯利亚东部的奥伊米亚康,南半球的南极大陆,都是世界上最冷的地方。

地球的形状

在我们看来的地球都是圆的,但经过科学家的精密测量,发现地球并不是一个规则的球体,它是一个两极稍扁、赤道略鼓的不规则球体。

地球上会发生的自然灾害

地震、滑坡、台风、海啸、冰雹、旱灾、飙风、洪灾、寒潮、雪灾、酸雨、沙尘暴、荒漠化、暴风潮、龙卷风、泥石流、水土流失、火山爆发、生物灾害、雪崩、暴风雨地球的结构

人类对地球的认识特别的晚,直到16世纪哥白尼时代人们才明白地球只是一颗行星。

简单的概括,地球就是由地壳、地幔和地核构成的。

地球不是均匀的,地壳的厚度不相同,海洋处较薄,大洲下较厚。内核和地壳是实体,外核与地幔层为流体,不同的层由不连续的面构成。地球的大部分质量集中在地幔,剩下的大部分在地核。人们居住的环境只是整个地球的一小部分。主要由一下的几种成分构成(下列数值×10e24千克):

地壳的厚度不同,海洋处较薄,大洲下较厚。内核与地壳为实体;外核与地幔层为流体。不同的层由不连续断面分割开,这由地震数据得到;其中最有名的有数地壳与上地幔间的莫霍面-不连续断面了。大气=0.0000051、海洋=0.0014、地壳=0.026、地幔=4.043、外地核=1.835、内地核=0.09675。

地核虽然可能会有一些较轻的物质,但可能大多是由铁构成的,地核的温度是地球上温度最高的地方。

地幔分为上下地幔,上地幔多是由铁/镁硅酸盐构成,下地幔则可能是由硅,镁,氧和一些铁,钙,铝构成。地壳则主要是由石英和类长石构成。地球的化学元素组成成为:34.6%铁、29.5%氧、15.2%硅、12.7%镁、2.4%镍、1.9%硫、0.05%钛。

地球上的六大板块

地球与其他的类地行星最大的区别就是地球的地壳是由几个实体板块构成的,这几样板块在理论上被称为板块学说。

美洲板块——北美洲,西北大西洋及格陵兰岛、南美洲及西南大西洋南极洲板块——南极洲及沿海

亚欧板块——东北大西洋,欧洲及除印度外的亚洲非洲板块——非洲,东南大西洋及西印度洋

印度洋板块——印度,澳大利亚,新西兰及大部分印度洋太平洋板块——大部分太平洋(及加利福尼亚南岸)除了这些般、板块之外,地球上还分布其他的大大小小的板块。

地球运动

地球的运动分为公转和自转。地轴绕着地轴做旋转运动,叫做地球的自转。地轴的空间基本是稳定的,它的北端总是指着北极星的附近,呈自西向东的运动;从北极上空看,则是呈逆时针方向旋转。地球自转一周的时间,大约是23小时56分。在实际的生活中,我们感受到是24个小时。

由于地球在自转的同时也是在做公转运动,这个时候,我们选择的参照物是太阳,这4分钟的差距正是地球自转和公转叠加的结果。在天文学上这一天的24个小时称为一个太阳日。地球在公转时,平均速度为每小时转动15℃。在赤道上,自转的线速度是每秒465千米,在生活中我们所能看到日升日落的想现象就是地球自转的反映。

地球未来

地球在宇宙中存在了大约有50亿年之久。在地球漫长的发展过程中,由于由于氦的灰烬在太阳的核心稳定的累积,太阳光度将缓慢地增加,在未来的11亿年中,太阳的光度将增加10%,之后的35亿年又将增加40%。地球的辐射正在逐步增加,很有可能产生可怕的结果,包括最早发展出来的海洋也可能会消失。

由于人类的破坏,地表温度的升高会加速无机的二氧化碳的循环,使它的浓度在9亿年间还原到植物致死的水平。如果植物缺乏会导致大气层中的氧气的流失,那么动植物也会在数百万年间绝种。所以保护地球,刻不容缓。

世界地球日

为了解决环境污染问题,1970年美国人们自发地掀起了一场声势浩大的游行。人们纷纷走上街头,举着被污染的地球模型,呼吁政府采取保护措施,促使美国政府于70年代通过了水污染控制法和清洁保护大气法的修正案,并成立了美国环保局。从此,民间组织倡议把4月22日作为世界地球日,得到了世界许多国家的积极响应。

在世界环保日诞生30年之后,世界范围内的环保工作取得了很大的进展。环境问题受到越来越多的人重视。世界地球日活动旨在唤起人类爱护地球、保护家园的意识,促进资源开发与环境保护的协调发展。我国从20世纪90年代起,每年都举办世界地球日。

地球的年龄

当今科学家测定到的地球的年龄是45.5亿年,它漫长的似乎超出了人们的想象。不同时期的人们推测到的地球年龄不同,地球的年龄究竟有多大?

亚里士多德

古希腊的自然哲学家们普遍的认为世界是极其古老的,或者说是他们认为的是世界是永恒存在着,处于循环往复的变化之中。古希腊的哲学家亚里士多德在《气象学》一书中有这么一段话:“地球的相同部分并非总是潮湿或干燥的,而是随着河流的出现和干涸而发生变化。而且,陆地和海洋之间的关系也发生了变化,一个地方并非总是陆地或海洋,以前是陆地的,变成了海洋,而现在是海洋的,有一天将变成陆地……但是地球的整个有机过程是逐渐发生的,与我们的寿命相比,其时间间隔是极其漫长的,因此这些变化没有被观察到,在能够对这个过程从头到尾加以记录之前,所有的民族都已衰亡、毁灭了。”

基督教推测

在西方国家,自从基督教占据了统治地位之后,开始了有神论学说,在当时统治了很长的一段时期。基督教《圣经》中详细的记载了从亚当开始了人类的家谱。他们认为是神创造了世界。但是,《圣经》对家谱的记载有的很含糊甚至是自相矛盾,要想推测出日期就是不可能的。例如在当时,极度教神学史上地位崇高的古罗马神教学家奥古斯丁曾经推算出世界的历史为6321年。

德梅耶

在教会统治时期,法国人德梅耶进而十五试图根据自然现象来推算地球的实际年龄。推算的结果要比《圣经》中早很多。德梅耶明明知道这样做会受到教会的迫害,但是他仍然坚持。因此他后来将这个观点写成了文学作品,虚构了一位法国传教士与一位印度哲学家的对话,由后者表述出了这个观点。

德梅耶认为地球是曾经是被海水淹没的,其证据就是在内陆的高山上发现了海贝化石。他认为地球在被水淹没之后,就慢慢掉进了太“漩涡”之中,导致了海平面下降。他根据最高峰的海拔高度推算出世界的年龄大约有20亿年。

他的推算当然经不起我们按照今天的办法进行推敲。首先,地球从来就没有被完全的覆盖过,高山上的海贝化石也不是海平面下降留下来的,是由于高山从海平面以下隆起带起来的。他也忽视了一个很重要的问题,同样的地中海一带,还有很多的地方的地面下降反而是陷到了海平面底下,然后沉入到了海底。

当然,德梅耶的推算在今天是站不住脚的,更难能可贵的是他不把《圣经》或者是某本宗教著作当作依据,而是去研究自然现象,用自然现象去推测地球的实际年龄。他的宇宙观主要是受到而来卡迪尔的影响,但是这种漩涡宇宙观在当时已经过时。取而代之的是牛顿的宇宙观。在1687年出版的《数学原理》一书中,牛顿提出物体散热的速度和物体的大小成正比。牛顿通过实验验证一个像地球一样大的炽热的球体,如果需要冷却下来需要花上5万多年的时间。

布封

著名的科学家牛顿在当时并没有推测地球的年龄,但他为了后人计算地球的年龄提供了如一个很重要的基础。

法国的著名的物理学家布封就是就是眼沿着牛顿的指示的方向向前进的一个科学家。他认为太阳系是一颗彗星撞击太阳形成的,在撞击下,太阳抛出了气体和液体形成了各个行星和卫星。地球就是这其中的一个。

后来布封计算了地球从一个熔球到冷却所需要的时间。但是他需要先知道熔球冷却的速度,他用10个直径相差半英寸的铁球做实验,首先,将它们全比加热至通红,然后测量冷却之后,他发现冷却的时间于温度与球的大小成正比,由此计算出地球冷却需要96670年。但是地球毕竟不是铁球,布封在后来又对地球的实际年龄进行了估计,他估计地球约有30亿年的历史。