书城科普读物新课程百科知识-叩开地质之门
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第1章 地球的历史

地球的诞生

人类生活在地球上,那么地球是怎么来的呢?答案是丰富多彩的。下面让我们一起来看一看吧。

有人说:在很久很久以前,整个宇宙像一个鸡蛋,里面黑黝黝的,一团混沌,不透气。有个叫盘古的人,睡在这个鸡蛋里。他睡了一万八千年。

突然,有一天他醒来了,发现周围黑咕隆咚的什么都看不见,觉得非常气闷。于是他拿起一把利斧,朝面前的混沌黑暗猛劈过去。“轰——”的一声巨响,大鸡蛋破裂开来,里面轻的透明的东西,徐徐上升,扩散开来,变成蔚蓝的天空;重的混沌的东西,沉降下来,积聚在一起,变成了大地。

盘古头顶青天,脚踏大地,站在天地之中,不让天和地再合拢,他的身子每天长高1丈,天和地之间的距离也每天增加1丈。这样,过了一万八千年,天升得极高,地变得极厚,天和地就成了现在这个样子了。盘古却由于过度劳累,死去了。

盘古死后,身上的一切化作万物,呼出的气变成云雾,声音变成雷霆,左眼变成太阳,右眼变成月亮,周身流动的血液奕成奔腾咆哮的江河、海洋……万物在天地的怀抱中繁衍生息。

盘古开天辟地是一个深为我国人民喜爱的古代神话传说,反映了古代人民对地球形成的看法。

有人答,地球是太阳系的一个成员。太阳系家属由太阳、水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星以及50万颗小行星、卫星和彗星组成。太阳是太阳系的家长。

太阳系在形成之前,是一片由炽热气体组成的星云,当气体冷却引起收缩时,使得星云旋转起来。由于重力的作用,气体收缩,星云旋转速度加快,变成扁的圆盘状。

我们知道,现代家庭中洗衣服使用的洗衣机,有一个脱水机,把湿衣服放进去,脱水机快速旋转起来,衣服内的水分就会被“抛”出去,湿衣服变成了干衣服。把水抛出去的力,就是水滴在做圆周运动时产生的离开中心的力,叫离心力。同样的道理,当旋转的星云边收缩边旋转,周围物质的离心力超过了中心对它的引力时,就分离了一个圆环来。就这样,一个又一个圆环产生。最后,中心部分变成太阳,周围的圆环变成了行星,其中一颗就是地球,地球是在四五十亿年前产生的。

这是一个科学的假说,是18世纪德国哲学家康德和法国数学家拉普拉斯提出的学说,人们称它为康德——拉普拉斯星云说。到了1944年德国物理学家魏扎克又发展了这个学说。

人类进入航天时代以来,探测到行星和卫星上有大量的撞击坑。1977年,肖梅克提出: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。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,引发爆炸,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。

地球的年龄

地质学家们发现,覆盖在原始地壳上的层层叠叠的岩层,是一部地球几十亿年演变发展留下的“石头记”,地质学上把它叫做地层。地层从最古老的地质年代开始,层层叠叠地到达地表。一般来说,先形成的地层在下,后形成的地层在上,越靠近地层上部的岩层成形的年代越短。

地层就像是记录地球历史的一本书,地层中的岩石和化石就好比这本书中的文字。用现代科学的方法通过对古老岩石的测定,人们推测地球已经存在约46亿年了。

中国古人推测:“自开辟至于获麟(指公元前481年),凡三百二十六万七千年”。17世纪西方国家的一个神甫宜称,地球是上帝在公元前4004年创造的。如此诸多说法是没有科学根据的。

最早尝试用科学方法探究地球年龄的是英国物理学家哈雷。他提出,研究大洋盐度的起源,可能提供解决地球年龄问题的依据。

1854年,德国伟大的科学家赫尔姆霍茨根据他对太阳能量的估算,认为地球的年龄不超过2500万年。1862年,英国着名物理学家汤姆生说,地球从早期炽热状态中冷却到如今的状态,需要2000万至4000万年。这些数字远远小于地球的实际年龄,但作为早斯尝试还是有益的。

到了20世纪,科学家发明了同位素地质测定法,这是测定地球年龄的最佳方法,是计算地球历史的标准时钟.根据这种办法,科学家找到的最古老的岩石,有38亿岁。然而,最古老岩石并不是地球出世时留下来的最早证据,不能代表地球的整个历史。这是因为,婴儿时代的地球是一个炽热的熔融球体,最古老岩石是地球冷却下来形成坚硬的地壳后保存下来的。

本世纪60年代末,科学家测定取自月球表面的岩石标本,发现月球的年龄在44至46亿年之间。于是,根据目前最流行的太阳系起源的星云说,太阳系的天体是在差不多时间内凝结而成的观点,便可以认为地球是在46亿年前形成的。然而,这是依靠间接证据推测出来的。事实上,至今人们还没有在地球自身上发现确凿的“档案”,来证明地球活了46亿年。

地球上的生命

关于地球生命的起源,最为科学界接受的理论是:40亿年前,在原始地球状况出现的化学反应,产生了生命的物质,然后组成第一组细胞。

距今5亿年前的陆地上,到处是光秃秃的山脉和大地,除了石头就是沙子,没有任何生命,也没有生命赖以生存的土壤。直到4亿2千5百万年前,海藻才在地球大气中积累了足够的氧,形成臭氧层来保护暴露在阳光下的生命,生物才可能浮出水面。地球上最早的生命产生在距今38亿年到40亿年之间。这时的生命是像细菌一样的东西,它只有一个细胞,今天地球上所有的动植物都是由细胞组成的。

后来,这种单细胞的小生命遍布海洋,孤独地生活了大约20亿年。这时的地球上空旷、寂寞,空气是有毒的,根本无法呼吸。大气中没有氧气,也没有保护生命的臭氧层,直射地面的强烈紫外线辐射只要一个小时就可以杀死绝大多数生命。大约7亿年前,单细胞生物又演变成多细胞生物,就像今天的植物一样,它们靠光合作用吸收二氧化碳,放出氧气。这种只能在显微镜下才能看清的小生命,用了漫长的时间,让地球大气中充满了氧气。这样,最早的地球生命就从简单的单细胞生物进化成一些更复杂的生命。这是生命的重大突破。

据推测,地衣是最早上岸的生命,正是由于地衣分解岩石,再加上自然的分化为后来登陆的生物打下一片天地,因为没有土壤,任何其他陆地生命都是无法生存的。生命在进化过程中,前仆后继地经营出了我们赖以生存的环境。生命第一次从海洋爬上陆地后,就不断地开发新的栖息地,直至布满地球上的每一个角落。在南极零下23摄氏度的严寒冰层中,有自在生活的藻类和真菌;在海底火山附近达到沸点的开水中,也有安详生活的生命。已知生活在世界最低处的动物是一种像虫子一样的海洋生物;在珠穆朗玛峰海拔6千米以上的地方也有生命存在。

生命不断适应新占领的环境,适者留下了自己的后代,被淘汰者从此灭绝。它们尸骨有的留在岩石里,有的杳无踪迹,永远不为我们所知。在地球生命30多亿年的进化史上,曾经生活着数以亿计的我们未曾见过的动物、植物和微生物,它们都是生命为创造今天的地球生态系统所付出的代价。恐龙在6千万年前灭绝,巨犀是地球上生活过的最大的哺乳动物,在7千万到2千4百万年间灭绝,曾经被欧洲人误认为是人类祖先的尼安德特人在5万年前灭绝。而我们当今的生命,只是他们中间的幸存者。生命变得如此的多种多样,也正是它们几十亿年来与生态环境共同演化的结果。

动植物对生态系统的适应形成了非常复杂的相互依存关系。整个地球的生物圈,就是地球生命进化史留给我们的无价之宝。

什么是水圈

水是生命之源,任何生命都需要水,那么你知道什么是水圈吗?水圈是地球表面和接近地球表面的各种形态的水的总称,包括海洋、河流、湖泊、沼泽、冰川以及土壤和岩石孔隙中的地下水、岩浆水、聚合水,生物圈中的体液、细胞内液、生物聚合水化物等。

地球上的总水量约1.36×109立方千米,其中海洋占97.2%,地表水2.3×105立方千米,淡水只占其中的一半,约有地球总水量的万分之一。地下水总量8.40×106立方千米。大气中水量为1.3×104立方千米。

自然界的水常常处在流动和循环状态。地表水蒸发进入大气,又在适当条件下转为雨雪降落到地面和海洋。陆地降水一部分汇集于江河湖泊,另一部分渗入地下,最后又汇入海洋,构成了水的循环,为生物生长提供了适宜的供水条件。

水循环是地球上最重要的物质能量循环之一。只有在水循环的作用下,才能把各个特征不同的水体联系起来形成水圈。

什么是大气圈

大气圈指的是地球外面包围着的一层大气,即空气。它位于行星际空间和地面之间,由多种气体混合。混合体中各种气体的体积占总体积的百分比为:氮78.09%、氧20.95%、氩0.93%、二氧化碳0.03%、氖0.0018%,此外还有水气和尘埃颗粒等。一般认为,由富含二氧化碳、一氧化碳、甲烷和氨为主的原始大气转化成以氮、氧为主的现代大气,是生物圈、水圈和地壳长期相互作用,逐渐转变而来的。大气的总质量为5.6×1019克,其中1/4聚集在地面到100千米高度范围内,而且一半集中在10千米高度范围内。其密度和压力随高度增高而逐渐稀薄和降低,并趋于向星际空间过渡,无明显上界。对大气沿垂直方向有各种分层法,通常是根据大气中温度和密度随高度垂直分布的特征,划分为对流层、平流层、中层、热层和外大气层等。主要天气现象多发生在对流层中。大气圈对地球表面的地质作用,整个生物界的发育和电讯传播等都有很大影响。

什么是生物圈

地球表层有生命活动的圈层就是生物圈。其分布范围在陆地上不超过百余米深,在海洋中深达10.8千米,上限不超出臭氧层(其实只在7~8千米的高空以内发现生物的存在)。据地质学家研究,一般认为地球上的生物在20~25亿年前才开始出现。最近,在非洲南部的前寒武纪地层中,发现有31~32亿年的细菌化石和28~30亿年的蓝藻化石。它们经漫长的演化过程,由简单到复杂,由低级到高级,由海洋到陆地,最后占领海洋、陆地和低层大气的每个角落,形成生物圈。生物一出现便参与了对岩石圈、大气圈和水圈的改造,人类出现更使改造速度加快。生物在地质历史时期的成岩、成矿和成土作用中都起很重要作用;研究生物圈对探讨地球发展历史也有重要意义。

什么是岩石圈

岩石圈指的是地球上部相对于软流圈来说的坚硬的岩石圈层,大约厚60~120千米,为地震高波速带。包括地壳的全部和上地幔的上部,由花岗质岩、玄武质岩和超基性岩组成。其下为地震波低速带、部分熔融层和厚度100千米的软流圈。对岩石圈的认识,有很大的分歧,有人认为岩石圈与地壳是同义词,而与下部软流圈即上地幔有区别,但岩石圈与上地幔系过渡关系而无明显界面;有人认为岩石圈至少应包括地壳和地幔上层。