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第4章 宇宙地球、趣谈(3)

地球到底有多重?居住在地球上的人类一直想把这个问题搞个水落石出,无奈却不知从何“称”起。直到18世纪末,英国科学家卡文迪什经过深入研究,认为利用万有引力定律才是唯一可行的办法。可是,在实验室里采用这个方法是极为困难的。当时没有精密的度量仪器,测量中失之毫厘,结果会差之千里,怎样才能提高仪器的精确度呢?一天,他见几个小孩用镜子反射太阳光柱,小镜稍稍一动,远处的光斑就有了很大的位移。卡文迪什大受启发,根据这个原理改进了测量地球的仪器,使灵敏度大大提高。他终于在1798年第一个“称”出了地球的重量,它的数值是60万亿亿吨。这一数值,与当今科学家测量出的地球重量为59.8万亿亿吨,仅误差0.2万亿亿吨,可谓相差无几。

地球水的来源奥秘

地球表面71%被海洋所覆盖。海洋积聚了13亿立方公里的水,占地球总水量的92%。那么,覆盖在地球表面上的水是从哪里来的呢?

地球形成的早期,地表不像今天海陆分布的状况,地壳极小。当时的温度较高,地球内部物质运动比较快,产生的地壳比较容易被对流运动带往地球深处。那时地球表面一片荒凉,没有草木,没有飞鸟,没有鱼虾。地表无液态水,大海无波涛,江河无碧波。当时,地球上绝大部分的水,都以结晶水的形式,存在于地球的内部。后来,地球内部的物质因高温分解产生了大量气体。它冲破地壳释放出来,于是形成了火山。频繁的火山活动带出了大量的水蒸气,它和大气一起来到地球外部。大约在太古代初期(约38亿年前)。温度开始下降,水在大气中先浓缩成密度很大的蒸气云,而在地球冷却以后,大气中的水气便凝结成液态水,变成倾盆大雨,自天而降落地表。聚积在原始的洼地中,形成了最早的江、河、湖、海。这就是原始的水圈。随着水量逐渐增加,水分在地球上受太阳辐射能的影响,以气态、液态、固态不断地进行转换。由蒸发、径流、降水和大气输送等环节进行循环。

这种转换过程在整个全球进行着。开始形成今天的千山万壑和波涛汹涌的汪洋大海。

地球也在“呼吸”

我国科学家在通过对地球稀有气体同位素的研究后惊奇地发现,吐气和纳气并非人类和地球其它生物赖以维系生命的专利,整个地球乃至沉积岩、海洋都存在类似呼吸的吐纳状态。所不同的是,人类等生物呼吸的是氧气,吐出的是二氧化碳,而地球沉积岩层则以喷出和凝聚宇宙原始气体为主要特征。

中科院兰州地质研究所稀有气体同位素地球化学国家重点实验室的研究人员,近年在中国大江南北的许多现场地质考察采样中,均发现地球“呼吸”的证据。他们在云南腾冲火山附近的温泉中,检测到从地底深处喷出的甲烷等宇宙原始气体,在南松辽盆地、苏北地区的黄桥、广东的三水地区均发现丰富的具有宇宙原始气体特征的二氧化碳气体,而这一带正好处在地质断裂带上。科学家们还在海洋深处的大洋地脊中,发现原始稀有气体氦,他们将地球的这种现象称之为“脱气现象”。科学家们认为,造成地球“脱气”现象的原因有两点,一是地球在形成过程中凝聚的宇宙原始星云中的气体;二是地球等行星在形成过程中核反应运动的产物。此外,地球“吐纳”气体的节奏也与人类不同,她是在凝聚为行星时,吸集大量原始气体,然后在运动演化过程中,不断释放。

地球也在“衰老”

地球的体积在膨胀,地球的直径1年伸长5毫米。

地球的自转速度在减慢,一昼夜的时间延长了百万分之五至百万分之十四秒。

地球上每年接纳宇宙间落下的陨石约有2600~7200亿块。

每年降落到地球上的宇宙灰尘大约有4万吨。

地球上每年平均发生315360次闪电,每次闪电可把空中的氮转化为43800吨氮肥,落到地面上。

每年地球内部发生地震10万次之多,但被人感觉到的仅有3000~4000次。

地球上每年热带雨林面积减少17万平方千米,约占总面积的0.9%。

地球上每年约有7万平方千米的土地变为沙漠;每天有100多种生物灭绝。

地球变暖原因的新发现

最近,由日本和俄罗斯科学家联手对西伯利亚冻土层进行了调查,从近百年来当地冰床的变化中发现:在冰层融化过程中释放的大量甲烷气体,具有远比二氧化碳大得多的增温效应。由于这些甲烷气体正在与二氧化碳“联手”作用,促使地球表面温度不断上升。

自从1992年开始,日俄两国调查组对东西伯利亚北冰洋沿岸永久性冻土中一种叫做“埃德玛”的巨大冰块进行了详细的考察。他们从冰壁上凿取了大量样本,经分析发现,埃德玛的形成大约在距今4万至2.5万年前,是气温比现在低6~10℃的古冰河期的产物。原来深埋在地下的“埃德玛”是比较稳定的,而今却变得不稳定,地面上出现了许多凹陷的沼泽地。证明由于气温升高,地下冰块正在不断的融化,从而导致地面塌陷。更为重要的是,科学家们已对存在于“埃德玛”冰块中的许多气泡的气体进行分析,结果发现了一个与地球加速升温有密切关系的事实,在这些气泡中保存着远古时代的空气,这些空气中甲烷的浓度为现在空气的几千倍,乃至几万倍。而甲烷对地球大气的升温作用,要比二氧化碳高出25倍,原来从水田、沼泽地以及一些反刍动物的进食过程中均会产生甲烷,于是就形成了一种恶性循环,地球升温→动植物释放甲烷增加→加速升温→埃德玛融化→地球进一步升温。由于埃德玛的融化,现在俄国西伯利亚北端的海岸线每年均后退4米左右,而且浮在北冰洋的岛屿正在逐渐消失。

卫星云图从何而来

每天,电视里的气象卫星云图都会把变幻莫测9的天气形势准确生动地传递给人们。这样及时的信息是通过什么方式获得的呢?

寻求答案还要上溯到30多年前。1960年4月1日,美国发射了第一颗气象卫星,使气象卫星及卫星气象学得到迅速发展。

国际上使用的气象卫星有两种,一种叫极轨气象卫星,距地面高度为800—1000公里,沿南北方向经两极附近绕行;一种叫地球静止气象卫星,相对静止于赤道某地上空3.6万公里处,可以观测到全球近1/3的范围。我国是从70年代初开始利用自己研制的设备来接收美国极轨气象卫星和日本地球静止气象卫星发往地面的云图资料的。目前,定点在地球上空的日本“葵花4号”卫星每小时都要拍摄一张云图照片,然后把高频电波信号通过转发器发送到地球上,再由各地区卫星接收站利用接收仪器转化为图像信号,最后经过计算机再次处理成为电视信号。整个过程全部在无人操纵的自动化中完成。人们从电视里看到的气象卫星云图就这样诞生了。

地球新知探趣

近年来,世界上一些科学家和科技工作者经过深入地观测,在与人类关系最为密切的地球天空上又获得了一些重大的新进展。这些进展对于人类生存的环境、地球的未来以及生命起源等变化规律的研究,都将起着不可估量的作用,这里仅拾举几例:地球有“尾巴”像彗星一样,地球也有“尾巴”。这是空间探测器与卫星提供的最新资料。地球的尾巴凭肉眼是看不到的,需借助科学的探测卫星帮助。因为地球尾巴的成分是质子组成的等离子体,没有耀眼的光辉。为了揭开地球“尾巴”之谜,美国和日本政府准备发射“地尾”观测卫星进入轨道,尽可能长时间地停在地尾,以获得更多的资料。据报道,太阳系九大行星各自有尾,金星之尾像慧星之尾,水星之尾十分短小,木星之尾则颇长。

地球正在缩小英国有专家研究提出,地球的半径,正在以每年十分之一毫米的速度缩小。地球自从形成到现在已有45亿年之久,半径已经比初时减少了300千米。地球为什么会缩小呢?专家们解释说,那是由于软体的地幔逐渐熔融,延伸至地球内部的液态金属核。

功不可没的地球卫士:木星如果没有木星的存在,地球将是怎样呢?最近,美国华盛顿的卡内基研究所用计算机模拟试验得出的结论是:地球上的生命形态不可能发展到目前这样的程度。据报道,实验结果研究表明,木星的质量是地球质量的318倍,具有强大的引力,它把太阳系之外飞来的天体引向自己,起到了地球的屏风作用。否则,这些天体会飞向离木星9.67亿千米的地球。如果没有木星,较大的天体撞击地球的可能就会比目前增加1000倍。正是这种撞击,使6500万年前生活在地球上的恐龙动物灭绝。如果没有木星,这种大的撞击就不是现在每1亿年一次,而是每10万年一次。如果地球上的生命每10万年毁灭一次,那么人类就不可能发展到现在这样的程度。

地球自转变慢

科学家说,由于地球自转速度越来越慢,使得日子变得越来越长。

澳大利亚阿德莱德大学的地质学家最近在英国《星期日泰晤士报》上公布他们的研究结论认为:距今6亿年前,地球上的一天只有21个小时;而当2亿5千万年前恐龙首次在地球上出现时,一天延长到了23小时。

另外,英国格林尼治天文台的莱斯利·莫里森博士通过对大量日食和月食纪录的分析,也得出了地球自转变慢的结论。

这家报纸说,设在巴黎的国际地球自转研究中心已将1995年末增加—“闰秒”,以平衡地球自转变慢给时间带来的影响。

地球为何倾斜

地球绕轴旋转,地轴呈23°27′的倾斜,因而才使地球有了昼夜更替和四季变化,并进而支配着气温、风、降水和大气环流,所有这一切又形成了地球上丰富多彩的气候。但是,地轴并不是天生就倾斜的,前苏联天文学家沙弗洛诺夫研究认为,地球在形成后的一亿年,尚无厚厚的大气层保护,这时,一颗直径约1000公里,重量超过1000亿吨的近地小行星,因受地球引力作用突然一头撞向地球,巨大的冲击力使地球的自转轴发生了23°27′的倾斜,表面温度也升高了约1000℃。幸亏当时地球上还没有任何生命存在,否则后果不堪设想,然而,却使地球从此有了更适合生物繁衍生长的外部环境。

人类首次目睹小行星撞击地球

1996年11月22日,在中美洲洪都拉斯首都特古西加尔巴以西200公里的圣路易斯,一声巨响后,落下一个拖着长长尾巴的火球,爆炸气浪引起的火灾烧毁了数英亩的咖啡田,附近的国道也受到了破坏。许多人亲眼目睹陨石落下,并形成陨石坑,这还是世界上第一次。

现场的陨石坑直径达50米,陨石的形成时间大约在40亿年前。这是自1908年落在西伯利亚通库斯卡的那一次陨石以来规模最大的一次小行星撞击地球。

这次洪都拉斯陨石有一个令人费解的地方。根据碰撞实验证实,陨石坑的大小通常为碰撞天体直径的10~20倍。因此,直径50米的陨石坑应该是小于5米的陨石撞击而成的。由于它是经过地球大气层摩擦燃烧后剩下的部分,所以如果是石质小行星,其直径至少有30米,而若是铁质小行星,也应该有10米左右。然而,这次的小行星只有它的一半。日本国立天文台的矶部秀三副教授认为,这颗小行星可能是一种密度更高的特殊铁质小行星。

神秘的北极光

假如你在北极圈上空乘飞机观光,便会看到一幅绚丽壮观的奇景,在天空四周放射和转换着淡蓝、绿、粉红、羼杂鲜红条纹的彩色光带,这就是人们常说的北极光。这美丽极光是怎样产生的?

挪威物理学家柏克兰提出,太阳连续不断向地球放射质点,离地球5万至65万千米以外有一层磁场将地球罩住。太阳的质点直射这层像毯子一样覆盖地球的磁场而被挡住时,便散向地球四周,“寻觅”钻入的空隙,结果约有1%的质点钻入北磁极或南磁极附近的大气层。

每颗太阳质点含有等于2千伏特的电力,它们在100千米外的高空大气层中与原子和多半由氧和氮构成的分子相遇,便生成了奇景。

原子吸收了太阳质点所含的一部分能时,立即又将这额外的能放射而发出极强的光线。氧发出绿和红色的光,氮则发出紫、蓝和少许深红色的光。

大陆漂移理论得到证实

地壳板块构造运动学说最近又获得新的证实,这个由德国地球物理学家A·魏格纳1912年提出并经各国科学家充实完善的大陆漂移理论认为,组成地壳的各个部分处于明显而不断的运动之中。

对地壳板块相互位置及其运动进程的实验性观察,大约开始于15年前,观察的基本方法是对来自遥远宇宙天体(类星体)的无线电讯号进行同步接收。此项研究由分布在北美、欧洲、亚洲、非洲及大洋洲的几十个观测站同时进行。

研究结果令人惊奇:北美大陆以每年45厘米左右的速度“逃离”欧洲西部,而且阿拉斯加移动方向不是向西而是西南,其移动速度稍慢,大约每年3厘米。太平洋板块(包括美国加利福尼亚)的漂移更为有趣:它的中心区域始终以每年不少于5厘米的速度向西北偏西方向移动,因此加利福尼亚将来很可能脱离北美大陆而成为单独漂移的板块。

万年前台湾和祖国陆地相连

大约一万年前,台湾和祖国大陆陆地相连,动物毫无阻碍地来回迁移,这一情景最近再一次被在台湾研究古脊椎动物化石的北京考古学家所证实:有块化石是曾一度出现在中国华中、华北的德氏水牛化石。

日前在京访问的台湾自然科学博物馆馆长李家维向记者详细地介绍说,过去二三十年,台湾渔民在台湾海峡,特别是在澎湖海沟一带以船底拖网捕鱼时,捞起相当多的古脊椎动物化石,由于误认是不祥之物,他们或重丢海里,或回家后置于庙宇旁边。日本人最早看上这些东西,15年前台湾的收藏者也逐渐地喜欢上了,但始终没有人认识这些东西,台湾也没有古脊椎动物研究专家。设在台中的台湾自然科学博物馆收藏有3000件,民间收藏估计有2万至3万件。

今年3月中,中科院古脊椎与古人类研究所祁国琴到台湾进行研究,复原了其中一块化石,确认系曾在祖国大陆出土过的量不多且不完整的德氏水牛化石,这种德氏水牛过去只在远离台湾的华中、华北出现过。

北回归线逐年南移

从本世纪初起,我国先后在北回归线经过的台湾嘉义、花莲、广东封开、从化、汕头建造了五座北回归线标志塔,成为目前世界上拥有回归线标志塔最多的国家。嘉义市天文协会的专家早就发现北回归线有逐年南移的现象,每年约南移14米,1990年测出较该塔初建时的1907年已南移约1179米。

北回归线为何会逐年南移?

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