人类的美好家园——“地球”

科普中国-科学原理一点通 2018-01-09

　　在浩渺广阔的宇宙当中，有一颗圆球形蔚蓝色的美丽天体，它就是人类赖以生存与发展的家园——地球。地球是太阳系中唯一有生命发育和人类活动的行星，也是至今人类所了解的宇宙中唯一有生物演化和高度文明发展的天体。

　　“童年”的地球是怎样的？

　　虽然地球现在适合人类居住，但是它的“童年”却是多灾多难的，经受高温的烘烤、陨石的撞击，根本不适合任何生物生存。

　　“童年”的地球一直在发高烧：星云物质在凝聚增生过程中（比如行星剧烈的碰撞过程），把重力势能转换为热能；地球增生还会形成金属熔体，密度大的熔体向地心沉下去时，也会把重力势能变成热能；还有放射性同位素的衰变放出巨大的热能。在它们的共同作用下，“童年”地球的表面温度都达到1700℃以上。

　　“童年”的地球还经常挨揍：太阳系残留的陨石会大量撞击地球。虽然大部分撞击痕迹在地球上现在已经看不到了，但是月球表面大大小小的环形山暗示了地球初期的恶劣环境。直到距今38亿年前左右，最大规模的撞击结束，地球才相对安宁下来。此后，虽然造成生物灭绝的大撞击还发生过几次，但地球上的生命仍然能够顽强地发展演化，每一次撞击实际上都给某些弱势的生物群体提供了孕育发展的契机。

　　地球诞生的初期是一颗炽热星球

　　地球怎么会像个没煮熟的鸡蛋呢？

　　人类一直好奇地球的内部是什么模样。无奈以当今的技术手段尚不足以让我们直接深入地下去观察研究。

　　不过，地球科学家还是想到了利用地震波去研究地球内部的模样。地震仪接收到地下地震波后，就能分析出许多地下的情形。天然地震产生的地震波几十分钟就可以“跑”遍地球的整个身体。地震波的传播速度，与所通过的介质的性质有关。地震波又可分为纵波和横波，纵波既能在固体中传播，也能在液体中传播，而横波不能在液体中传播。地球内部若介质不均匀，地震波会发生反射和折射。根据记录到的各种不同波的到达时刻，可以计算出地震波在不同地下深度中的速度，进而描绘出地球内部的特点。

　　地球科学家经过长期观察研究，将地球内部分为三层，地球表层称为地壳，地壳一下部分称为地幔，地球最中间的部分称为地核。如果把地球比作鸡蛋，最外部的地壳好比蛋壳；中心的地核就是蛋黄；像蛋白一样包围着地核的，那就是地幔了。

　　三层已经确定，但每一层内部就是均匀的吗？答案是否定的。1923年地质学家康拉德发现，地幔还可再分为上地幔和下地幔两层，在上地幔上部存在着一个软流圈，里面储存着大量流动的岩浆。软流圈顶部的上地幔部分与地壳共同构成了岩石圈，在软流圈上运动。所以说，地球这只特大号“鸡蛋”煮得并不太熟。

　　地球内部结构

　　地球到底多少岁呢？

　　最早试图用科学方法研究地球年龄的是英国物理学家哈雷，他通过河水对海水盐度的补给量推测海洋的年龄，并认为等同于地球的年龄。英国科学家开尔文勋爵假设地球起源于一个炙热的熔融球体，要冷却到现在的温度，需要2000万至4000万年。这些早期有益的探索虽然粗略，却至少告诉了人们要跳出圣经的桎梏：地球的年龄远远超过几千年。

　　对地球年龄精确的测量归功于20世纪物理学的进展。

　　有一类特殊的陨石含有太阳系星云物质凝聚时最早形成的固体颗粒，因此对于人们研究太阳系和地球的年龄非常重要。近些年，有人用铀铅同位素法给这类固体颗粒测量年龄，结果表明，这些陨石的年龄是45.68亿年。

　　一般认为月球是由原始地球和原始行星碰撞而产生的，因此有人想到，测定月球的年龄也就可以推测地球的年龄。“阿波罗计划”从月球采回了一些岩石，经过测定，其中最古老的月球岩石样品和陨石的年龄是一致的。由此推断，地球的形成年龄应该比45.7亿年略小一点。

　　地球上保存的最古老矿物有44亿年历史，海洋和大陆可能在42亿年前已经出现，保存的最古老的岩石大约产生于40亿年前，中国的华南和华北是在2.3亿年前拼合在一起的。如果把地球的历史看成24小时，那么动物在最后6小时出现，陆生动物在倒数2.5小时出现，爬行动物可能才出现了半个小时，至于人类的祖先，出现才仅仅一分钟左右。