作者:李钊 来源:科技日报 发布时间:2010-4-22 13:49:44
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写于世界地球日:地球很精彩 奥秘仍难解
人类对承载着自己并赖以为生的地球似乎熟悉而又十分陌生

美国首都华盛顿在4月22日地球日周年到来之际举行大型“气候集会”活动,并在其间展示环保节能技术,唤起公众对环境的保护意识。图为为此次活动树立的一个地球模型。新华社记者 张军摄
 

在华盛顿举行的大型“气候集会”活动中,一名男子在太阳能环保帐篷里听音乐。新华社记者 张军摄
 
4月22日是世界地球日,而直到今天,地球的大部分秘密还远远没有揭开,人类对承载着自己并赖以为生的地球似乎熟悉而又十分陌生。为了加深人们对地球的认识,推进对地球科学的研究,2008年曾被联合国命名为地球年。
 
今天,科学家们可以清楚地描绘出太阳系诞生最初几千万年时地球的情景:地球表面布满岩浆,地球时时遭到陨星的轰炸,地球浓密的大气层没有一丝氧气,地球大约此后数次陷于这种地狱般的状况。然而,地球随后发生的变化,以及地球青年期的情况至今仍然是个谜:地球最初如何形成?地球后来怎么变成能接待牛羊和雏菊的星球?滋养动物和花朵的水分又从何而来?这些正是科学实验室沸腾的课题。由于技术越来越精确,科学家已尽可能地让火山、格陵兰岛甚至从彗星尾巴采集来的样品说话。但是,尽管发现的速度越来越快,一些最基本的问题仍然无法解答。
 
地球成因不明
 
科学家全力攻克的第一个谜题:45亿年前地球诞生的情景。
 
目前的论点是:太阳最初诞生的年代,漂浮在气团中的宇宙尘埃组合成了陨星或者球粒陨石,然后这些球粒陨石经过无数次相撞,最终聚集而成了地球。天文学上把这种现象叫“吸积”。但上述论点并不能解释全部秘密。科学家对每年掉落在地球上的十几吨球粒陨石的构成进行分析后发现,在这些球粒陨石内部,有一些硅酸盐组成的球形物。这可能预示着在吸积进程中,陨石内部本身已包含着大约只有几公里的微型行星。因此,地球可能不仅仅是太阳周围的宇宙尘埃形成的。
 
吸积进程所需的时间
 
直到目前,科学家一般认为,吸积进程大约持续1亿年。法国岩相学与地球化学中心科学家肖西东却认为,也许应该只需要仅仅3000万年。
 
肖西东说,通过对火星以及系外行星的观察,我们现在知道一颗星球的形成比人们所认为的要快得多。不过,对这一假设目前还有很多争议。
 
地球早期的状况
 
假如地球的形成仍然有许多待解的问题,青年期地球的状况就更是一个谜。这一阶段指的是地球最初形成的6亿年期间。最大的阻碍是,在这一阶段快要结束时期,地球遭到了无数陨石的狂轰滥炸,在今天的月球上还能看到这种痕迹。这一被科学家形容为“迟到的袭击”,完全擦掉了地球最初形成的所有痕迹。
 
那么,此前地球究竟发生了什么变化?
 
有一种观点认为,从形成到遭遇轰炸,地球一直处于并合阶段。但另一种观点认为,在这一阶段,地球已经有了现在的形状,地核被地幔包围,其表面可能已存在一些大陆和海洋,生命可能已经出现。一直到发生“迟到的袭击”,地球的进化被毁灭,地球退步到并合阶段。一切都得重新开始。
 
地球的结构是如何形成的
 
地球在遭遇无数小行星轰炸,有时甚至遭遇如同火星一样大的星球撞击后,总共有多少次一次又一次地重新形成地核,地幔和地壳?
 
巴黎地球物理研究所所长比尔克认为,地壳激变造成的后果使地球处于并合状态。地球完全被温度高达数千摄氏度,厚达数百公里的岩浆覆盖,各种化学元素根据自己的属性游离,比如,铁这一沉重而又无法同硅酸盐兼容的金属就会流动到地球的心脏地区,组成地核。然后,当无数小行星结束轰炸,地表重新冷却后,绝大部分热能又转化到太空,地壳开始在地表变得坚固起来。从理论上讲,海洋和生命可在此时出现,一直到新一轮的狂轰滥炸使地球再度陷入并合状态。问题在于,每一次的轰炸和撞击都基本擦掉了上一次的痕迹。但比尔克表示,不能说所有的痕迹都被擦掉。他和他的科研小组通过对格陵兰岛一些岩石中发现的钕元素的分析,证明地球在最初形成后6亿年间已经形成了地幔。
 
地球大气层何时形成
 
有一点是肯定的,今天地球的大气层同最初的大气层完全不同。
 
科学家们认为当时地球的大气层类似于今天的金星,主要成分有二氧化碳、氮、氢以及水蒸气和甲烷。当时的大气压强比现在高出20倍到480倍。这一方面同地幔释放出的大量气体有关,这一时期应在地球形成后1.5亿年左右;另一方面同当时每天袭击地球的天体释放自身的气体有关。但要描述地球大气层的历史并不容易,主要障碍在于,在地球形成之初,并无足够的温度和引力以抓住大气层中所有的气体成分,其中比较轻的逐渐地流失到太空中。
 
巴黎地球物理研究所专家莫雷拉说,正如大气层曾经被小行星轰炸、被太阳风扫荡过,许多东西都不复存在了。巴黎地球物理研究所因此着力研究一些诸如氙、氦、氩、氖这一类自地球诞生之初就存在的稀有气体的演化进程。莫雷拉说,氩非常重,很难流失到太空,因此45亿年来在地球大气层聚集了许多。研究清楚它的演化就能掌握地幔脱气的时间,就能更多地了解地球形成后前20亿年大气层的情形。而许多有关地球的重大问题都集中在这20亿年间。在这以后,相对而言清楚多了:地球形成后前23亿年氧气大规模出现,借助于最初的光合作用,这一现象促成生命异乎寻常地快速发展。被植物吸收同时被硅酸盐捕捉,大气层中起主导作用的二氧化碳很快从占大气层98%的比例减少到不足1%,大气层就有了我们今天的面目(今天我们的大气层中的二氧化碳只占0.03%)。
 
地球上的水来自何方
 
尽管这仍然是一个难解的谜,科学家们正试图解开。巴黎地球物理研究所研究人员亚沃解释水大约有两个来源:
 
一方面,水从地球形成之初就存在,然后在原始地幔脱气后释出。另一部分水则来源于宇宙,它们通过陨星,尤其是水含量丰富的彗星在地球形成初期以密集撞击地球的方式被“进口”到地球。
 
为了证实两种起源所占的份量,专家们试图追寻氘的踪迹,这种元素似乎在彗星中含量非常丰富,而在地幔中的含量则非常稀少。亚沃说,当然有关水起源的争论仍然没有定论,但资料显示,地球一半的水可能来源于彗星。
 
剩下的一个问题是,大洋又是如何形成和产生的呢?来自天上吗?
 
是的,来自天上。因为当地球处于并合状态,水以蒸汽形式躲藏在大气层里。当气温下降,水蒸气凝结,水变成液态,于是地球进入持续大洪水时期。专家们从格陵兰岛找到的沉积物确定这些大洋出现在距今39亿年的时侯,但可能还有更原始的大洋存在,它们可能在地球遭遇陨星轰炸后完全化为蒸汽进入大气层。于是一切又得重新开始。不过,最近在澳大利亚的新发现又引起混乱:这就是与硅酸盐属同一类型的锆石。它们生成的年代确定为距今43亿年至44亿年期间。问题在于,锆石的生成需要沉积物,也就是需要液态水,难道说在这么早的时期,也就是地球刚刚形成后不久就已经产生了大洋?这又是一个有关地球的悬而未决的问题。
 
背景资料:
 
世界地球日
 
4月22日是世界地球日。中国今年确定的主题是“珍惜地球资源,转变发展方式,倡导低碳生活”。
 
世界地球日活动起源于美国。1969年,美国民主党参议员盖洛德·尼尔森提议,在全国各大学校园内举办环保问题讲演会。当时25岁的哈佛大学法学院学生丹尼斯·海斯很快就将尼尔森的提议变成了一个在全美各地展开大规模社区性活动的具体构想,并得到很多青年学生的普遍支持。1970年4月22日,美国首次举行了声势浩大的“地球日”活动。这是人类有史以来第一次规模宏大的群众性环境保护运动。
 
作为人类现代环保运动的开端,“地球日”活动推动了多个国家环境法规的建立。1990年4月22日,全世界140多个国家、2亿多人同时在各地举行多种多样的环境保护宣传活动。这项活动得到了联合国的首肯。其后,每年的4月22日被确定为“世界地球日”。
 
举办“世界地球日”活动的宗旨是唤起人类爱护地球、保护家园的意识,促进资源开发与环境保护的协调发展。中国从20世纪90年代起,每年4月22日都举办世界地球日活动,并根据当年的情况确定活动主题。今年的“低碳生活”主题旨在借助地球日活动平台,提高公众对国土资源国情的认识,普及有关科学技术知识,引导全社会积极参与节约利用资源、减少碳排放、促进经济发展方式转变的实践。(新华社记者 顾德伟)
 
 
 
 
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