探索人类家园的奥秘
人类在地球上繁衍生息几百万年,不断产生新的文明,不断探索新的领域,不断了解地球内部和外部世界。但是,地球是怎样起源的?地球生命是如何出现的?关于这两个问题,人们一直还在探索之中。
地球起源之谜
我们生活在地球上,对地球的来历自然会产生浓厚的兴趣,也经常会提出这样的间题:“地球是怎么形成的?最初是什么样子的?”
关于地球的起源,中国古代有“盘古开天辟地”的神话;国外则流行着上帝创造太阳、地球的说法。但这些都是没有科学根据的神活,至今也没有人能够肯定地说出地球是怎样形成的。
对于这个问题,有许多不同的观点。1745年,法国生物学家布丰提出了一种关于地球起源的假说:很久很久以前,宇宙中只有太阳,没有地球。一次,一颖特大的彗星偶然和太阳碰撞,太阳被撞下了一些碎块,这些碎块就围绕着太阳旋转,最后形成了包括地球在内的几大行星。这一假说是对地球起源问题的一个重大突破。后来,德国人康德又发表了地球和太阳都是起源于宇宙空间星云物质的新假说—星云说。他说:最初,太阳系只是一团由气体和灰尘组成的云团在太空中漂动。可能是附近的一颗恒星爆炸,释放出一系列冲击波,导致云团在自己的引力下堆积在一起,逐渐形成一个巨大的盘状物。在这个盘状物中,气体和尘埃不停地运动,物质不断地落人圆盘的核心,核心变得比边缘更热,密度更大,这个有着密集能量的核心就是太阳的雏形。同时,围绕核心旋转的灰尘颗粒也开始聚集,先变成小的岩石,然后像滚雪球一样,变成一个更大的圆石;在这些圆石未变成宽度达几千米的大石头之前,它们叫做微星。许多微星相互撞击,最终组成四颗内层岩石行星:水星、金星、地球和火星,以及几个“大气团”的岩石核心:木星、土星、天王星和海上星。
在早期,地球只是一颗光秃秃的行星,样子有点儿像今天的月球。因为没有大气层的保护,就不断地遭到陨星的轰炸。陨星是成百万个围绕年轻太阳系快速运动的岩石碎片。这些陨星撞到地面上,有些会凿出巨大的火山口。这样持续不断的轰炸使地球的岩石表面开始熔化;这颗行星变成一个圆形的、极度炽热的熔岩海洋。最终,轰炸停止后,地球表面冷却下来,但是新形成的固体表面同时也将气体裹到了里面。由于压力越来越大,氢气、二氧化碳、水蒸气和氮气开始穿过火山的表层,喷射而出。上千次的火山爆发肆虐着整个地球。喷出的各种气体聚集在一起形成新的大气层,笼罩在这颗行星上。不久,随着太阳的高温,云层渐渐冷却,雨开始下落,那肯定是地球上有史以来时lbl最长的一次暴雨。水从天空中倾盆而下,持续了数千年,直到地球上的低洼盆地被填满了,也就形成了今天我们地球上的陆地和海洋。总之,关于地球起源的问题众说纷纭,但地球到底是怎么形成的却仍是个谜。
地球生命起源之迷
地球的年龄约为45亿年,地球生命形态最初出现的时间可追溯到30亿年前。地球生命的起源一直是一个争议颇多的问题。现代科学诞生以前,流传着一种“生物自然发生”的观念。比如,比利时著名医生巴蒂斯特·黑月蒙特认为自然界存在着许多种酵素,借助这些酵素种子和动物才能生长,他甚至认为池塘里的雾气能繁殖出青蛙来。17世纪的博物学家弗朗西斯科·雷迪则坚信,任何一个生物只能一从同种类的另一个生物中诞生。如今,科学家们对生命起源问题的认识比起17世纪和18世纪时的认识要深刻得多。他们从多方面提出了地球生命起源的线索。但问题的答案依然是扑朔迷离。也许21世纪的学者们能为我们解开这团乱麻。
(一)原始地球大气是有机分子的诞生地,然后产生了生命。首先需要了解的一个问题是:有机分子为什么会取得如此辉煌的胜利?这主要是因为有机分子的原子组合较牢固,但这些原子很难自行组合。要选出一种含碳原子的、相互密合和有序的多原子结构比造出诸如硅一氧结构之类的东西要困难得多。然而,这种基于碳原子的结构一旦造出,它所具有的独特的复杂性就会无限期地保持下去,最终导致生命系统的诞生。在原始地球条件下,有机分子通过无机化合而成。
(二)火山孕育生命。原始地球火山活动频繁。美国霍普金斯大学的地质古生物学家斯坦利于1985年提出,在太古代存在深海火山。它的地质条件类似于现代深海洋中脊,生命化学合成的一系列反应就在那里发生,有机分子在那里形成,最后原始生命就在那里诞生。20世纪70年代,科学家对洋中脊火山喷口的研究表明,海水通过深海火山口与炽热岩浆直接连通,深海火山口附近存在巨大的温度和化学的变化,可能形成多种溶解物。这些物质在高温下化合形成氨基酸。继而硫和其他复杂化合物形成多肽、核苷酸链。形成类似细胞体的合成物。
(三)天外起源说。1990年,美国国家航空航天局的凯文·扎乎勒和戴德·吉林斯扑提出。白垩纪—第三纪界线附近地层的有机尘埃是由于一颗或几颗彗星掠过地球时留下的氨基酸形成的。在地球形成早期,彗星也能以这种方式将有机物质像下小雨一样洒落在地球上,这就是地球上的生命之源。另外,落到地面的流星体也为研究太阳系的起源和演化、生命起源提供了宝贵的线索。陨石分为两类:球粒陨石和非球粒陨石。球粒陨石对生命起源有较重要的意义。它们只可能来自宇宙,不仅含有氨基酸,还有烃类、乙醇和其他可能形成保护原始细胞膜的脂肪族化合物。康乃尔大学的希巴指出,陨石撞击产生的热和冲击波可以在原始大气中激起合成有机化合物的化学反应。
(四)站立矿物晶体。很早以前,就有科学家提出,粘土这种地球上最常见的物质是最初的生命物质。黏土矿物是一种微小的晶体。科学家们发现,黏土矿物晶体具有生命系统的某些关键特征。比如,有些矿物晶体可以在有限的程度上模仿植物的光合作用。在紫外线的照射下。某些结构筒单的铁盐溶于水中之后可以使二氧化碳凝固。并将它合成如甲酸之类的小有机分子。同样,固氮作用也是有机物中一种非常复杂的反应过程。这种复杂的反应过程也在一些矿物质中有限程度地被加以模仿。作为砂的一种次级成分,含铁的二氧化钛也具有固氮的能力。当太阳光照射到这种物质的潮湿的晶体之上,这时就会有少量的氮转化为氨。相比之下氨比较容易发展成为氨基酸之类的较大分子。这些有机分子的形成可能为生命的诞生奠定基础。
为了揭示地球生命起源的秘密,美国华盛顿大学的约翰·阿姆斯特朗最近甚至提出,可以从月球上寻找地球生命起源的一些信息。他根据月球表面的陨石坑估算,地球形成早期所遭受的地外天体的撞击足以把地球的碎片“炸”到月球表面去。月球表面平均每100平方千米的范围大约有20吨地球碎片,这些物质很可能记录了地球最早期的生命信息。
地球的形状
科学家经过长期的精密测量,发现地球并不是一个规则球体,而是一个两极稍扁、赤道略鼓的不规则球体。地球的赤道半径约长6378.137千米,这点差别与地球的平均半径相比,十分微小,从宇宙空间看地球,仍可将它视为一个规则球体。如果按照这个比例制作一个半径为1米的地球仪,那么赤道半径仅仅比极半径长了大约3毫米,凭着人的肉眼是难以察觉出来的,因此在制作地球仪时总是将它做成规则球体。