地球是人类赖以生存的星球,是人类生命的摇篮,更是人类共同生活的家园。近些年来,地球似乎成为了“网红”和“影视宠儿”,从《2012》描述地球“世界末日”,到《流浪地球》描述人类带着地球向宇宙逃亡,足见人类和地球的关系是何等密切。每个人对地球是应该是最熟悉的,可是实际上,关于地球的知识,很多人都感到陌生,地球对相当多一部分人来说,仍然是一个神秘的星球。而与其他国家相比,我国对地球知识的普及做得还不够好。
中国科学院地质与地球物理研究所翟明国院士,作为国内外知名地球工作者,对于地球的历史有着深入研究和深刻见解,他认为有必要唤起大家对地球知识的渴望,因为了解地球后,就知道人类对于地球负有神圣的使命。本期就由翟院士带领我们真正了解这颗最熟悉又最陌生的蓝色星球。
人们见面常问:你是谁?多大了?你从哪里来?要到哪里去?对地球而言,同样存在这些问题。地球处于宇宙之中,太阳系是宇宙中一个星系,地球就在太阳系里。与万物一样,地球也有前世、今生和未来。地球自诞生到现在已有46亿年,在这期间,它经历了惊天动地、翻天覆地的变化。它最初叫“混沌地球”,呈一片混沌,后来逐渐分层,有了地核、地幔和地壳,有了大气圈、水圈和生物圈,就是我们现在的地球。地球还在继续演化,最终成为一个什么样的地球,没有人知道。
与古人认为的天圆地方不同,地球是一个旋转的球体,但它并不是一个整体,而是有圈层的,由地心至地表依次为地核、地幔和地壳(类似于鸡蛋的构造,蛋黄、蛋白和蛋壳)。人类生存在地球表面,也就是上地壳层,地壳的平均厚度约17公里,其中大陆地壳厚度较大,平均约为35公里。从厚度比例上来说,人类赖以生存的地壳还不如鸡蛋的蛋壳厚。
生命起源于运动,地球圈层之间并不是静止、僵死的,而是相互运动、有生命的,所以地球也被称为运动的地球。地球内部有岩浆、有流体在不断地运动、运移,构造运动引发火山喷发、地震和大陆漂移。地壳和地幔的相互作用使得沧海变桑田、桑田变沧海,人类一直在摸索地球运动的规律,比较有名的一项是由德国气象学家魏格纳提出的大陆漂移假说,后来发展了板块构造理论。现在普遍认为,在2.5亿年以前,各个大洲是连在一起的,后来逐渐分开,成为不同的大陆,就是现在的样子。板块学说是上世纪6、70年代最伟大的一项自然科学贡献,目前该项科学仍在继续发展。
地球的运动引发了大陆形成和演化,也让人类的祖先走向陆地(人类起源学说认为人类祖先是鱼类),大陆壳则从诞生一直保留到现在,如果我们要想了解地球的历史,就要研究大陆。通过研究岩石,就能发现大陆的年龄,中国最早的石头是38亿年,世界最早的石头来自澳大利亚的杰克山一种叫做锆石的矿物,它的年龄是44亿年,因此证明大陆形成了44亿年,因为这时才形成规模的大陆壳。不过,地球的年龄还需向前推一两亿年,46亿年就是我们现在所确定的地球年龄。
地球的演化历史引出地球的命运,如果说地球是有生命的,那么地球的命运是什么?如果我们把地球和太阳系其他行星对比,就会发现它们有两种形态,类地行星和类木行星。类地行星和地球一样,有核、幔还有壳,类木行星则是气体行星,我们了解行星的目的是为了更好认识地球,研究地球如何演化、预测地球未来变成什么样,这是人类目前最重要的任务。在这其中,月球相对而言还算上人类比较了解的对象了。月球是地球的卫星,不过我们研究的时候可以暂时把它看作是一个行星。通过研究中国嫦娥五号取回的月壤样品,可以测出它20亿年前已经“死”了,即没有生命、没有能量、没有地震、没有岩浆......通过行星“由生到死”的历程可以得知,地球不是越来越热,而会越来越冷,地球的命运不是爆炸,是僵死。虽然地球现在处于壮年期,有水有氧气,生气勃勃,但是大约45亿年之后,或许月球的现在就是地球的未来。
地球可能是太阳系中最幸运的行星,它具备“四个唯一”:唯一有宏观水和氧气的星球,供万物生长;唯一充分演化到现在状态(有核-幔-壳分异和生物圈、大气圈)的星球;唯一有生命、有林草树木的星球,同时它也是唯一有智慧类高等动物的星球。
地球原始大气出现于地球形成初期,距今约46亿年以前,主要成分是氢气、氦气和一氧化碳为主;次生大气出现在距今45-20亿年前,主要成分是二氧化碳、甲烷、氮、硫化氢和氨等气体。可见地球早期没有氧气,那么氧气是从何而来?目前认为地球有两大氧化事件,大约23.5亿-22亿年前的GOE(古元古代氧化事件);以及发生在6亿-7亿年前的NOE(新元古代氧化事件),这两次大氧化事件促使地球上的氧发展到现在的水平。
不得不说,地球是一个多灾多难的星球,但这种灾变为地球带来幸运,正是因为氧气的出现,5亿多年前出现了寒武纪生命大爆发,逐步演化为现在地球的繁荣。地球历史上两大氧化事件给地球带来了现今的繁荣,氧气浓度的变化造成了生物的进化,从最早的微生物一直到高级生命的出现。
氧气形成了,那么作为孕育生命重要的因素——水是怎么来的呢?主要来自地球深部和天体碰撞两个方面。通过研究可以得知,在44亿年前的锆石里就发现了水的作用,但并不确定是不是宏观水;目前观察到的最早宏观水出现在39亿年。
地球的演化和其他类地行星一样,遵循着客观的演化规律:地球内能的消耗规律,还受到太阳系运动的影响,人类不能从根本上来改变此演化进程。地球本身也遵循着从不宜居到宜居、再到不宜居的演化模式,太阳系中没有比地球现在更宜居或者今后更宜居的星球。在46亿岁地球演化的长河中,显生宙只有5亿多年,而约5万年前才出现晚期智人。我们现在也不需要过度担心将来地球会怎么样,因为我们有足够的时间了解地球,研究地球的演化规律,包括构造的演化、矿物的演化以及生物的演化。演化正是地球重要的科学前沿,我们需要去深入探索研究、掌握更多的地球科学知识。
人类历史经历了石器时代、青铜器时代、铁器时代,再到能源时代和电子时代,人类在地球上生存、生活和发展都离不开地球资源,人类永远不是地球的主宰,而地球则主宰着人类。但是现代人类搞反了这种关系,认为自己是地球的主人,随意破坏环境、污染空气、毁坏森林、灭绝生物……尤其是靠海吃海却对大海毫无敬畏之心的日本,近日来不断将核污染水排放到海洋中,这些种种人类的行为对地球环境造成了极大影响,如果现在还不及时停止,或许在不远的将来就会受到反噬。
我们作为地球人必须肩负起自己的责任和使命,要正确认识地球的演化规律,要合理地利用地球资源,要合理科学地保护地球的环境,还要坚持合作共赢的国际发展理念。未来,地球科学将会非常重要,认识地球是地球人目前的第一知识需求,希望大家热爱科学、崇尚科学、学习科学,学好地球科学知识,为我们共同的家园——地球尽一份责任。
责任编辑:赵娜