地球如何形成的?

如题所述

在浑沌初开时……科学家无法绝对有把握地接着这句话写下去。这好比要一个孩子描述自己出生的过程或胎儿的生活一样难。各种宗教经典有关开天辟地的解说,话说得很牵强,而且各种说法也不尽相同。然而有些说法倒非常接近科学家对地球起源的概念,至少可以说,接近科学家根据古老岩石中所找到的证据而作出的解释。
我们探索地球起源时,必须同时设法解释太阳系的起源,因为地球的历史与地球近邻的历史有密切关系。一七五五年,德国哲学家康德发表了一套天体论说,认为太阳系最初是一团浩瀚无边、由尘与气形成的冷云,不停旋转。今天的天文学家都接受这种说法。他们利用非常强力的现代望远镜,看到遥远星际间漂浮着暗黑的尘云。这种云甚至现在看来犹如康德想象中的太阳系旋转云。
一七九六年,与康德同时代的法国数学家拉普拉斯把康德的概念又推进一步,解释太阳系怎样由这一团云形成的。拉普拉斯假设,这一大团云受宇宙力的作用而旋转,同时受本身物质的引力作用而渐渐收缩。收缩中的云间歇地向太空散发无数粒子幕,粒子最后凝聚成行星。在此期间,云团的中心也在本身引力的作用下,收缩成太阳。拉普拉斯的概念虽然可使人折服,可是已被后期发现的基本物理定律所推翻。据这些定律推断,收缩中的太阳,体积越来越小时,旋转会越来越快,假如一直维持到今天,太阳自转的速度就会比目前快得多。
拉普拉斯凭丰富想象力建立的学说,经证明有不少缺点后,天文学家就提出一些其他似乎可认可的说法。其中一种学说假定太阳最先产生,还没有行星。后来,太空中有另一个星球从太阳附近掠过,把一长条物质扯了出来。掠过的星球继续飞行,这些物质于是凝聚成太阳系的行星。可惜的是,仔细分析显示,从太阳扯出的这种炽热物质会消散掉,不会形成行星。即使在某种未知的过程下凝聚成了行星,运行的轨道也会远较今日太阳系中的轨道为不规律。另一种学说认为,在太古的宇宙中,太阳有一个孪生伴星,一个掠过的星球与太阳的伴星相撞。在撞击下产生的碎块,就可能形成几颗行星,环绕着留下来的太阳运行。但散布太空的星宿相距那么远,这种碰撞极不可能发生。即使真的发生了这种灾难,星球爆炸时产生的炽热和可挥发性物质,似乎也不可能直接形成行星。“偶遇”与“碰撞”两种学说,也都无法解释另一现象:很多行星又怎么会有卫星。
今天,在天文学家、数学家、化学家和物质学家的联合努力下,已经出现一种新学说,称为“星云说”或“原行星说”。这个新假设说为许多似是全然相异的物质怎样形成的细节,作出统一连贯的解释,因而多数宇宙论学者已经相信,新假说至少能正确地说明宇宙演化的概况。
“原行星说”重提康德及拉普拉斯的说法,假设目前是太阳系领域的太空中,过去有过一大片气云弥漫其间。这种气是由“宇宙混合物”组成,即宇宙到处都有的气分子混合物。每一千个原子中,九百个是氢,九十九个是氦,其余三个原子是较重的元素,例如碳、氧、铁等。原生云慢慢开始转动。旋转情形大概并不是平稳的,据最近利用射电望远镜观察遥远太空中类似气云所知,天文学家相信在旋转时必有湍流。事实上,旋转中的云看来像一个旋涡,而整个气团在太空中转动时,不断有局部的小涡流出现。中央部分的一个大涡流,比云团其他部分收缩得较为迅速,形成一个黑暗而密度较大的物体,即“原太阳”。
环绕原太阳的云团中,在冰冷深处某些气的原子结合成化合物,例如水和氨。固态的尘晶慢慢结成,铁和坚硬的矽酸盐等金属晶体也是一样。云团旋转时受到引力与离心的作用,逐渐成为巨大的扁平圆盘。假如我们能从遥远处观察当时情景,就会看到一个好象转动中的大唱片的东西,中央那个小洞就是原太阳所在。
在这个转动的圆盘中,局部涡流继续出现。有些旋涡必在碰撞时破毁,有些被原太阳逐渐增强的引力弄散。就某种意义来说,每个小涡流都在不停地挣扎图存。面对这种破坏力,涡流要保持不破不散就得聚集足够数量的物质,作为本身的重心。在这个旋转体系内的存亡战中,有些局部涡旋获得物质,有些失掉物质。环绕前太阳终于产生了一系列旋转的圆盘。每个都是一颗原行星。
这些原行星都大得足以在本身引力场内合为一体。每颗行星在太空中环绕太阳运行时,都像一名清道夫,把原来云团里的剩余物质扫清。
在这个阶段中,原太阳的核心开始热核聚变,放出大量的能。原太阳也开始发光。初时,间歇地“燃烧”,呈暗红色。最后成为我们今天看到的金黄色恒星。别忘了原太阳直径比任何原行星直径大一百倍左右。原太阳成为恒星而非行星,当然是由于体积有这么巨大的差异。原太阳的强大引力,足以把轻的氢原子吸住,留在内部,触发热核聚变。较小的原行星,则不能起这种作用。
然后,在原太阳领域内的某处,出现一团含有冰冷粒子与固体碎块的旋转云,即一种宇宙尘暴,原地球就这样诞生了。稍后,由于水与冰分子内聚引力作用,这些物质才能凝聚成球状。原地球沿轨道绕太阳运行时,其引力继续收集更多物质。地球和其他行星就是这样在太阳系领域内积聚冷尘的过程中形成的。
在成长中的原地球逐渐热起来。地球继续收集新物质,新物质撞及地球时发出的能量产生热,其中一部分留在地球里。引力作用也使地球凝缩,产生更多热。地球内部的放射性元素逐渐开始蜕变,成为第三个热源。经过亿万年后,地球的温度高得足以使铁、镍等重金属下沉,构成熔融的地核。从地表裂隙逸出的水汽和气体,构成地球的大气层,另一个主要热源——太阳光,这时也会发生作用了。
太阳的辐射这时以全力冲击地球,破坏了原始大气中的分子化合物,还把它驱散进入太空中。因此,大气中的氢和其他轻元素,大部分逃离地球散失了。这个过程终于使宇宙中较重和较稀有的元素密集在一起,而这些元素是构成岩石、植物和人体所不可或缺的。由于亿万年来如氢等许多轻原子逸入了太空,地球此时的质量,比尘云凝聚为原地球时,约减少了一千倍。
月球的起源至今仍然可算是个谜团。我们确实知道,月球和地球都是在太阳系中同一个太空区域形成的。研究月球的科学家认为,月球是从地球分裂出去丽形成的,或者是那些环绕着地球运行的小粒子积聚而形成的,后者的可能性更大。我们确实知道,月球是一度发生过宇宙大剧变的星球,但是现在已经完全静止了。进一步从事太空研究后,月球之谜最后必会获得解答。
地球的历史发展到这个阶段,差不多可以由地质学家着手研究了。地球停止自太空轨道上收集碎物后,表面逐渐冷却下来,变成固体。岩石外壳形成,陆块也出现。但是,地球那时还未能维持我们今天所认识的生物;地表还是太热,不适宜有机体生存,而且大气中也充满有毒的甲烷和氨。熔岩从地壳裂罅流出,使藏在地球熔融内部的水蒸气得以冒出来。事实上,许多地质学家以为,目前各海洋里的水,大部分由这种早期的火山活动带到地表。这些水原来都是凝于冰尘中的。
地球上的火山活动减缓时,太阳的强烈紫外线辐射,把大气里的一部分水分子分解成氢原子和氧原子。地球的引力不足以留住在地球。地球大气演化过程中,虽然释出一些游离氧,但甲烷和氨等气体必然仍长期占优势,因为今天大气中的游离氧,大部分已知是植物(包括湖泊与海洋里的藻类)光合作用的副产品。
地球继续散发热量,逐年冷却下来,而原太阳也渐渐燃烧,到了我们今天所见的明亮程度。过了不久,地球的大气冷却后,使空气中的水汽凝结成雨点,降回地表。最初,雨点滴在灼热的地表上,又汽化为嘶嘶的水蒸气。到后来,地球终于冷却下来,在地表上蓄水成池。没多久,冷却中的大气开始大量降雨。全球各地的水,可能都是一次长期倾盆大雨时降下的。起伏不平的地壳上,低洼地区逐渐注满了水,地表上于是出现海洋。
虽然科学家一般都相信,我们居住的地球经历过上文概述的形成过程,但是无人能断定确切年代。原地球大概在四十六亿年前,发展成现在的大小和形状。其后可能再过于十五亿年,地球上的环境才适宜早期的生物生存。生物的演化,自然是另一回事。这篇文章就是想说明大自然怎样为生物安排一个生存环境。
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第1个回答  2008-05-14
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