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第2章 地球奥秘(1)

地球的起源

我国古代有“盘古开天辟地”之说。相传,世界原本是一个黑暗混沌的大团团,外面包裹着一个坚硬的外壳,就像一只大鹅蛋。多年以后,这个大黑团中诞生了一个神人一盘古。他睁开眼睛,可周围漆黑一片,什么也看不见,他挥起神斧,劈开混沌,于是,清而轻的部分上升成了天空,浊而重的部分下沉成了大地。

在西方国家,据《圣经》记载,上帝耶和华用六天时间创造了天地和世界。

第一天,他将光明从黑暗里分出来,使白天和夜晚相互更替;

第二天,创造了天,将水分开成天上的水和地上的水;

第三天,使大地披上一层绿装,点缀着树木花草,空气里飘荡着花果的。

第四天,创造了太阳和月亮,分管白天和夜晚;

第五天,创造了飞禽走兽;

第六天,创造了管理万物的人;

第七天,上帝休息了,这一天称为“安息日”,也就是现在的星期天。

现在看来,这些美丽的神话传说是没有科学根据的。随着生产的发展,对太阳系的认识也逐渐深刻。18世纪以来,相继出现了很多假说。近数十年来,由于天体物理学等近代科学的发展、天文学的进步、宇航事业的兴起等为地球演化的研究提供了更多的帮助,现介绍几种假说供参考。但要解开宇宙之谜,还须我们不懈的努力。

星云说

法国数学家和天文学家拉普拉斯(1749—1827年)于1796年发表的《天体力学》及后来的《宇宙的叙述》中提出太阳系成因的假说一星云说。他认为太阳是太阳系中最早存在的星体,这个原始太阳比现在的太阳大得多,是由一团灼热的稀薄物质组成,内部较致密,周围是较稀薄的气体圈,形状是一个中心厚而边缘薄的饼状体,在不断缓慢地旋转。经过长期不断冷却和本身的引力作用,星云逐渐变得致密,体积逐渐缩小,旋转加快,因此愈来愈扁。这样位于它边缘的物质,特别是赤道部分,当离心加速度超过中心引力加速度时,便离开原始太阳,形成无数同心圆状轮环(如同现在土星周围的环带),相当于现在各行星的运行轨道位置。由于环带性质不均一,并且带有一些聚集凝结的团块。这样在引力作用下,环带中残余物质,都被凝固吸引,形成大小不一的行星,地球即是其中一个。各轮环中心最大的凝团便是太阳,其余围绕太阳旋转,由于行星自转,因此也可以产生卫星,例如地球的卫星一月亮,这样地球便随太阳系的产生而产生了。

灾难学派的假说

1930年英国物理学家金斯提出气体潮生说,他推测原始太阳为一灼热球状体,由非常稀薄的气体物质组成。一颗质量比它大得多的星体,从距离不远处瞬间掠过,由于引力,原始太阳出现了凸出部分,引力继续作用,凸出部分被拉成如同雪茄烟一般的长条,作用在很短时间内进行。较大星体一去不复返,慢慢地,太阳获得新的平衡,从太阳中分离出长条状稀薄气流,逐渐冷却凝固而分成许多部分,每一部分再聚集成一个行星。被拉出的气流,中间部分最宽,密度最大,形成较大的木星和土星。两端气流稀薄些,形成较小的行星,如水星、地球等。

陨石论(施密特假说)

前两种假说都提出了一个原始太阳分出炽热熔融气体状态的物质。施密特根据银河系的自转和陨石星体的轨道是椭圆的理论,认为太阳系星体轨道是一致的,因此陨星体也应是太阳系成员。因此他于1944年提出了新假说:在遥远的古代,太阳系中只存在一个孤独的恒星一原始太阳,在银河系广阔的天际沿自己的轨道运行。在60亿—70亿年前,当它穿过巨大的黑暗星云时,便和密集的陨石颗粒、尘埃质点相遇,它开始用引力把大部分物质捕获过来,其中一部分与它结合;而另一些按力学的规律,聚集起来围绕着它运转,直至走出黑暗星云,这时这个旅行者不再是一个孤星了。它在运行中不断吸收宇宙中陨体和尘埃团,由于数不清的尘埃和陨石质点相互碰撞,于是便使尘埃和陨石质点相互焊接起来,大的吸小的,体积逐渐增大,最后形成几个庞大行星。行星在发展中又以同样的方式捕获物质,形成卫星。

以上仅介绍三种关于地球起源的学说,一般认为前苏联学者施密特的假说(陨石论)是较为进步的,也较为符合太阳系的发展。根据这一学说,地球在天文期大约有两个阶段:

(1)行星萌芽阶段:即星际物质(尘埃、硕体)围绕太阳相互碰撞,开始形成地球的时期。

(2)行星逐渐形成阶段:在这一阶段中,地球形体基本形成,重力作用相当显著,地壳外部空间保持着原始大气(0、C02等)。由于放射性蜕变释热,内部温度产生分异,重的物质向地心集中,又因为地球物质不均匀分布,引起地球外部轮廓及结构发生变化,亦即地壳运动形成,伴随灼热融浆溢出,形成岩侵人活动和火山喷发活动。以上便是地球演化较新的观点。从上述第二阶段起,地球发展由天文期进入到地质时期。

地球生命的开始

不仅是科学家,包括许多普通人在内,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。

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和RNA两种基因,并由蛋白质、脂类和其他成分组成。不过人们怀疑在这“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,原始大气不是材一氨基酸。

“还原型”的。米勒的实验很难合成生命的基本素。

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40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°C,所以当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R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40多亿年前地球上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原始气体变成蛋白质和其他分子。”这是地球上产生生命的第一步。

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黄,并把火山口里表面覆盖着硫黄的岩石加热。

到194C—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源自地球本身说。

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。它们随陨石进人地球,形成生命的母体。如果这种见解是正确的话,目么昔日被人笑为幻想的生命地外说又将被重视了。

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,迁居地球的机会很小,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,至今两种见解还在不断完善,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’。”

许多科学家还认为,如果生命形式真的起源于火星,目么这种生命形式是很容易到达地球的。因为火星陨石是由彗星或小行星撞击火星表面造成的。这种撞击足以将火星表面的携带微生物的岩石抛到火星引力之外的地方。他们估计,虽然只有不到1%的这类岩石到达地球,但它们已经足以将生命的种子传到地球上来。证明这一观点成立的关键在于论证火星上是否存在着或存在过生命。而论证火星上存在生命,就必然论证火星上是否存在水的问题。

30多年前,从美国“海盗号”飞船登陆火星时起,科学家就得出结论,火星在距今二三十亿年前可能遭遇过特大“洪灾”,但其引发“洪灾”的水源却不得而知。据“火星探路者”发回的观察结果表明,火星南北两极冰盖宽1200千米,长约30千米,面积比美国得克萨斯州还要大,但只及地球上格陵兰冰盖的一半,是地球整个南极冰盖的4%。研究人员认为火星两极冰盖中含有的水能够填满火星上的一个古代海洋。但有些科学家的观点不一致,认为火星冰盖中水分有限,火星表面上纵横交错的沟渠不太可能是水流冲刷所致。火星北极地区有一个很深的盆地,据推测是由小行星撞击形成的,冰盖就位于该盆地中。但2000年年初,英国科学家对火星“洪灾”又给出了新的解释,他们认为洪水很可能由火星地表下的火山运动所引起。他们建立数学模型并进行模拟分析,得出结论认为,炽热的火山岩浆可能融化火星地下的冰冻层,产生大量的水源,从而引发火星地表洪水泛滥,洪水最终在火星地表深处重新冻结,有一部分可能重新渗人地下。

水是生命之源。有水的地方,便有可能存在生命。寻找火星上的生命,人们渴望得到答案。1996年8月,NASA的科学家对一块名叫“阿兰山84001”的火星陨石进行了分析,它是从南极冰盖中发现的。他们认为这是火星与小行星发生碰撞时产生的碎片,在太空中游荡数百万年后,于几年前落到地球上,认为这块陨石是由古代火星细菌形成的。岩石中的氯是由微生物或其他生命沉积而成的,但是美国加利福尼亚大学的化学教授对此提出新的质疑,认为陨石中的氯元素与大气中的氯元素的化学特征相同,而与水中的氯元素不同。不过,从火星上有水的证明已充分说明了火星上生命的存在可能了。

科学家们也指出,还存在有另一种可能性,这就是生命起源于地球,然后传播到火星。可是出现这种可能性的机会不大,因为地球陨石是很难击中离太阳系中心较远的一颗较小的小星球的。

据英国《新科学家》2000年7月刊载的文章,英国皇家气象学会千年会议上,美国的科学家提出了一个新假说,地球高层大气中的微小水滴具备形成复杂有机大分子的条件,生命也可能诞生于这些水滴之中。这一观点虽然与火星生命说、陨石说不同,但却有力地支持了地球生命来源于地外的学术观点,解决了有机物在降落地球时被高温所毁的理论缺陷。

长期以来,人们一直认为海洋孕育了所有的原始生命。然而美国科学家却认为不尽然,他们大胆假设部分地球生命乃“横空出世”。

美国专家对大气中悬浮的微小水滴进行研究后发现,其中近一半杂质是有机物。这些有机物是随水一起从海洋中蒸发起来的,它们在水滴周围形成一层有机物薄膜。这些尺寸仅有几微米的水滴在同温层中可停留一年之久,在此期间它们会彼此融合,并与其他悬浮微粒相结合,使水滴中的杂质越来越多、越。

随着水的蒸发,水滴中的有机物浓度越来越高。在强烈阳光的照耀下,这些有机物可能发生化学反应,使简单的有机分子结合成复杂分子。原初的DNA(脱氧核糖核酸)和蛋白质也许就是这样形成的。此外,当水滴因彼此融合而变大,最终落回海洋之中时,海水中的有机物可能在它的周围形成另一层薄膜,与原来的薄膜共同构成一个双分子膜,其结构与生物细胞膜类似。科学家说,这或许可以成为细胞膜起源的新解释。

地球的年龄

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