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《宇宙新论 之 天地本源》(杨建立著)第十二章 暗流

时间:2019-08-10 16:52:56 点击:

  核心提示: 《宇宙新论之天地本源》 (杨建立著) 第十二章暗流涌动 大地深处发出隆隆巨响、地面裂开巨缝…… 这一常常在灾难影视作品中用于描写天灾降临的恐怖场景,在埃塞俄比亚真实上演了。 这一裂谷出现在埃塞俄比亚首都亚的斯亚贝巴东北方300余千米处的阿法尔盆地。从2005年9月起,仅仅7个星期的时间,埃塞俄比...

《宇宙新论 之 天地本源》

(杨建立著)

第十二章 暗流涌动

 

大地深处发出隆隆巨响、地面裂开巨缝……

这一常常在灾难影视作品中用于描写天灾降临的恐怖场景,在埃塞俄比亚真实上演了。

    这一裂谷出现在埃塞俄比亚首都亚的斯亚贝巴东北方300余千米处的阿法尔盆地。从2005年9月起,仅仅7个星期的时间,埃塞俄比亚东北部就出现了一条60千米长、8米宽的裂缝。科学家说,如此大的裂缝通常需要几百万年的地质运动才能形成。

 在《地面乱象》一章中,我们细述了地球自形成以来,经历了一次次的地壳运动和陨石轰击造成今天地球表面一片乱象丛生的图景。此次惊天骇地的大裂谷事件,恐怕也不是一次简单的地震所致,这是蕴藏地下的 巨大能量“暗流涌动”产生的推动地壳运动。

 在地球上还发生过许多的离奇事情:在高高的喜马拉雅山上,发现了只有海洋深处才有的贝类化石;在台湾海峡,经常有渔民打捞出几百万年前的远古动物化石,表明台湾海峡曾经是一片陆地;澳大利亚的科学家发现,海滨水下一个巨大岩洞中钟乳石的生成与地球周期年轮有关系。要知道,钟乳石不可能在海水里成长,只能是在海水减退的情况下才能形成。

 我们的先祖们,很早就注意到了这些现象,所以,在我中华古老的文库中,才有了“沧海桑田”一说。

我们在《开天辟地》、《大道初具》与《江山初定》等几个章节中,已经描述过地球形成的大致过程。

地球是由较大的“原始星核”吸积星际物质而成的。地球内部具有很高的温度,那是由于地球形成之初,星云物质收缩,势能转化为热能,以及地球内部“奇异物质”裂解出来的放射性元素衰变所产生热量,两者共同作用的结果。早期地球内部蕴藏有丰富的长、短半衰期的放射性同位素,它们产生大量热能。在这两种热能的作用下,原始地球不断增温,当温度达到一定程度时,大部分物质就会处于熔融状态,物质由于比重不同而分异,重者下沉,轻者上浮,轻重物质分离开来。

比重大的铁、镍等元素,尤其是我们所说“奇异物质”和“超重物质”,因为比重远大于其他物质,最先分离出来并向地心集中,形成地核。较轻的硅、镁等物质向表层集聚,形成原始地幔。原始地幔的表层不断散热、变硬,遂凝结形成坚硬固体岩石外壳,这就是原始地壳。原始地壳随着热量散发,逐渐由薄变厚。由于地球的自旋离心力的作用下,原始的地表应该是一个两极稍扁,赤道稍突起的标准椭球体。因为后期的火山喷发、陨石撞击和地壳运动,才成了今天这个一片乱象丛生的怪摸样。

早先的人们,为了解释地球表面山脉纵横、大陆撕裂、海陆分界这些乱象,提出了各种理论学说。曾有人试图用“地球收缩说”解释山脉的形成。

地球收缩说

 1830年法国地质学家E.德.博蒙于为了解释地表岩石的褶皱和“逆冲”现象,提出 “地球收缩说”,认为地球由于不断变冷而收缩。随后,物理学家、地球物理学先驱L.开尔文提出了地球冷凝的物理模式。之后,J.D.丹纳提出地槽是在地球收缩而形成的凹陷基础上演化来的。就这样形成了一套较为完整的地球收缩理论体系,“收缩说”成为19世纪末到20世纪中叶主流学说。

 收缩说认为,地球由于放热变冷而导致不断收缩。在这个模式中,几百公里以下的地球内部仍然接近于初始的温度。而最外部的圈层,包括现今所说的岩石圈和上地幔,已经变得相对较冷。这样,在最外部圈层之下的部分由于迅速变冷收缩,而向地球内部分离。分离所留下的空间由最外部圈层在重力作用下向内收缩来充填,这一收缩、充填作用使地球最外部的圈层处在一种横向挤压的状态中。横向挤压导致表层皱缩形成山脉。收缩说首次提出了具有明确物理基础的全球性动力地质原因,较之以前各学派对地壳运动认识上的一个明显进步,在于它揭示了地壳水平运动的存在。

 但是,后来的研究表明,强烈的地壳运动只是在某些地区和某些时代发生,冷缩说也不能解释地球上山脉的分布为什么具有一定的构造方向,呈现出条带状结构,而不是像皱缩的干苹果那样,表面杂乱无章。另外,像在阿尔卑斯山所发现的强烈褶皱,地表只有在皱缩到原先距离的1/4至1/8才能出现,而要达到这样的收缩,当时的地球就必须降温2400度以上。而根据计算,过去的地球绝对不可能有如此高的温度。

 收缩说从提出开始,就遇到难以克服的困难,主要是无法证实地球表面的构造确实是由收缩造成的,它对广泛分布的由正断层表现的张性区域也无法解释。

20世纪20年代,放射性射线发现后,人们认识到,地壳中同位素衰变放热可能导致地球(或地壳)热胀。冰期和间冰期的发现和证实,表明地球表面可变冷也可变热。20世纪30年代以后,由于地球膨胀说,尤其是海底扩张说的提出和证实,收缩说走向衰落。

    地球膨胀说

    膨胀说是认为地球不断膨胀的一种大地构造假说。它认为原始地球有一个封闭的硅铝圈,因地球内部膨胀而破裂、离散,形成现在分离的大陆,而从地幔膨胀出的物质充填在离散的大陆之间,使洋盆不断扩大。

    20世纪20~30年代,B.林德曼和O.C.希尔根贝格分别提出了地球膨胀假说,指出地球表面的拉张裂谷和大洋的形成都是地球受热膨胀,其直径不断增大,导致地壳拉伸,破裂的结果。膨胀说根据物质相变,即在一定温度和压力条件下,地壳下层物质与地幔上部物质可以互相转化的原理,当地壳底部增温时,由于体积膨胀,引起地壳上升,隆起成山。上升地区遭受剥蚀,破坏物质搬运至沉积区,沉积区地壳下部压力加大,物质增多变重,导致地壳下降。由于沉积岩是不良导体,地内热量不易散失,逐渐积累,温度升高,引起物质相变,地幔体积再次膨胀,地壳受到张力,进而破裂形成大洋中脊或大陆裂谷。此说与当代板块构造学说观点相若,但因对地内物质的性状尚待进一步研究,故其立论的依据尚需充实。

    膨胀说提出后,引发了估计地球的膨胀速率的研究,首先是从天体物理学提出万有引力常数随时间的推移在变小,从而引起地球重力加速度的变化而致地球膨胀。

20世纪以来,活动论作为一种新兴的地球观与传统的固定论进行了长期的论争。膨胀说一开始就是作为大陆分裂机制的解释而提出的。在板块学说提出以前,膨胀说学派是极少数活动论者的重要代表。按照最早提出的地球膨胀模式,石炭纪以后地球半径需要增长2000公里以上,而热力学、相变理论和引力常数随时间变小的假说都认为这在理论上不可能。地质历史上大量事件也难以用地球单纯膨胀来解释。

关于地壳运动规律,还有人提出地球像是一个跳动着的大心脏忽大忽小,即所谓定期膨胀收缩说。

定期膨胀收缩说

    主张定期膨胀收缩说者认为,地球表面板块裂化相对比较均匀,能够如此整体开裂又弥合,只有地球周期性膨胀和收缩模型才能完美解释。各个板块的开合“缝隙”所涌出的岩流经冷却磁化,其表现的年轮都大体一致。这就是说,板块裂化具有十分近似的同期性。时间上的近似同步,表明地球的膨胀收缩对于整个板块都具有决定作用。

    他们认为,各大洋盆底的地形也会周期性膨胀和收缩。从海盆形态来看,始终存在一些大的“缝隙”区域,这些区域也是易于喷发岩流的地区。为什么会有如此大的“缝隙”区域呢?这完全是地球膨胀过程中撑开的大口子。

地球收缩说、地球膨胀说、还有定期膨胀收缩说,几乎囊括了所有的可能性,但都没能完整地解释造成的地球表面杂乱状况的原因,也没有找到地壳运动的动力来源。也许这些科学家只是根据地球某些局部区域地壳运动现象而得出的结论,它们都很难完满解释地面乱象的成因。

从收缩说的衰落和膨胀说的困难中人们逐渐认识到,企图用单一的某种地球内部过程来说明全球一切大地构造问题不现实也不合理。20世纪70年代以来,大多数地球科学家转而寻求较为全面的动力解释,对地幔对流说等反映地球矛盾的动力解释表现出较大的兴趣。

我们已经知道,地壳乱象根源,除了陨石撞击力之外,其他都是地下深处的推动力所致。

那么,这种推动力是怎样产生的呢?

经过前几章的理论阐述和对地球物质来源的追根溯源,答案已经比较清晰,那就是:地心内核里面埋藏着大块的“奇异物质”和“超重物质”,这两种物质体积膨胀导致的地球整体膨胀;海底局部埋藏了小块的“奇异物质”,它们的衰变放热导致海底局部扩张;以及这两种作用附带造成的非扩张区域皱缩。

    一、地球整体膨胀

地球膨胀的动力,是地球内部深处存在的“奇异物质”这种超大原子核连续分裂成小的原子核,以及“超重物质”的“正常化”过程中体积膨胀造成的。

我们在前面的章节中已有所述,“奇异物质”是被解除外部压力后的“中子态”物质,由于其内禀能量的过度亏空,需要在漫长的岁月里,以某种方式吸聚能量,逐步“活化”。它缓慢碎裂出不稳定“巨大原子核”,巨大原子核进一步分裂蜕变,成为更多的放射性元素。原子的分裂导致物质的原子数量成倍增加,物质的整体体积也会随之缓慢增加。

“超重物质”是被强力压缩的“超固态”物质解除压力后的特殊状态。“超固态”物质在强大的压力下,原子的原子核被紧密地挤压在一起,它们的原子核之间几无缝隙,而核外电子则游离于原子核之外整个物质团块之中。当这些“超固态”物质在大爆炸中解除压力,成为“超重物质”后,会逐步吸聚能量,从被压缩的状态向正常物质转化,原子核开始恢复核外电子云环绕,还原成正常的原子,原子与原子间恢复正常间隙,从而产生大规模体积膨胀。

我们提出地球整体膨胀的观点,是有以下佐证依据的。

佐证1、地球有个“内内核”,且不断在膨胀

在《地下迷局》一章我们已经叙述过,在地核内部还存在一个“内内核”。一项由美国伊利诺伊大学和中国南京大学的一个联合科研组,利用在1992年到2012年这二十年间全球宽频地震台阵积累起了最新一批的丰富数据,进行了研究分析,也发现了深埋在地球最深处的新端倪。

    他们研究发现,地核并非仅仅由外核-内核这样一个双层结构,在内核里面还埋着一个更小的核心--“内内核”。

地球的内核里,还有一个“内内核”

目前流行的理论认为,整个地核都是由铁这种均一的成分所组成的。岩浆主要由六大元素--氧、硅、铝、铁、钙、镁所组成。正如一杯水静置时比重大的物质会率先沉入杯底似的,在宇宙中漂浮的这么一大团液态岩浆里,重的物质自然也会聚集到“杯底”。对于太空中的球体来说,“杯底”自然便是重力势最低的部位--球心了。在六种主要元素里,铁的比重最大,于是,这团岩浆球中的铁元素率先沉入岩浆最深处,沿着平行于球面的重力势,形成了地球最早的结构--地核。

而科学家最新发现内核的内部深处不连续反应--则是固态大前提之下的物性不连续。表明在固态地核的最深处,晶体结构并非是均一不变的,在固态内核之中,还坐落着一个在晶体结构上截然不同的内内核。

新发现的“内内核”在外壳内转动,而其熔融合金外壳正以小于每年1毫米的速度稳步变大。

此前有关“内内核”是什么物质构成的,为什么膨胀,科学家没有给出解释。

佐证2、地球自转在变慢,很可能是膨胀所致

    地球的自转是指地球绕中心轴轴线自西向东的转动。现今的地球自转一圈的时间,大约是23小时56分。每绕太阳公转一周,就会自转365圈多一点,也就是一年365.2422天。然而,科学家研究发现在几亿年以前,地球的一年大约有400天左右。这个证据是来自于对珊瑚化石的研究。

    珊瑚,每天必定分泌碳酸钙,在躯体上留下一条一条纹路,就像树木年轮一样。每日一圈小纹路线,称为“日纹线”,每年一条较大的带,称为“年带”。

    科学家研究了4亿年前的珊瑚化石,在这些化石上,每个“年带”中有400条“日纹线”,也就是说,那时候每年有400天。

    科学家在研究这一问题时,并没有发现地球公转速度在加快的证据,也就是说没有发现“年”在缩短的迹象。那就只有一种解释,是“天”的时间在延长。这种变化,在一个世纪内,会使一天的时间大约增长1~2毫秒。这就是说,在地球绕太阳公转速度基本不变的情况下,将来的一天,并不是现在的24小时,也许每天30小时、40小时或者更多。而一年也将会变成300天、200天或者更少。

    地球自转速度在减慢,但科学家们却没有发现诸如质量增加或者其他别的什么原因。由于角动量守恒,所以我们推断是地球膨胀所致。这就像是一个冰上运动员,单脚着地在冰上旋转,当他收缩四肢时,旋转速度会加快,伸开四肢时,转速就减慢。地球自转变慢,在质量没有明显增加的情况下,极有可能是地球体积膨胀了。

还有另外一个可以对比的证据,就是新诞生的恒星和中老年恒星之间相互对照,也有类似的情况。金牛座T型变星都是新生的年轻恒星,他们的自转周期在1至12天之间。太阳是中年恒星,自转周期在一个月左右,两者自转周期比较,年轻的恒星显得是非常活跃,自转速度很大。反过来,就是太阳这样的中年恒星,自旋速度比刚刚形成的新恒星自旋速度变慢了不少。

    佐证3,地心有大量放射性物质

    我们在本书前面章节中已经陈述过,2011年7月,科学家观测显示半数地热来自地球内部放射性物质衰变,证实地球内部存在着大量放射性物质。

以日本东北大学为主的研究小组利用位于日本中部岐阜县地下千米深处的装置KamLAND,根据多年观测数据重新计算了地球内部放射性元素产生的热量。研究发现,地球自身热量大约有一半来自放射性物质衰变,另一半则是从地球刚形成时保存至今的原始热量。新数据不仅和目前公认的地质物理模型预测相一致,还有助于完善这些模型。

佐证4,宇宙中“奇异物质”的存在被证实

    在《奇异物质》一章中,我们描述过“奇异物质”的来源。作为“原始星核”的成员,它一是来源于Ia型超新星爆发,没有能够成功凝结成中子星的白矮星核心部分;二是来源于两颗中子星碰撞产生的中子星碎块;三是来源于黑洞吞噬中子星残留的碎块物质等。

理论研究认为,中子星相撞,或其他被抛射出来的中子星碎块,也就是我们称为“奇异物质”的特殊物质,会产生一种称为“千新星”的现象。

2019年2月,我们称之为“奇异物质”所产生的“千新星”现象已经被天文观测所证实。其过程,我们已经在《旭日东升》一章中叙述过。两颗中子星相撞,被抛射出来的中子星碎块产生的“千新星”现象被发现和证实,也就证实了我们所说的“奇异物质”在宇宙中真实存在。

    揭秘地核之谜

  “内内核”不是传统理论可以解释得了的,经过前面若干章节的理论与事实陈述, 综合上面的佐证材料,我们可以在这里综合分析一下这个“内内核”到底是个什么鬼:

1、它是我们地球内部密度最大的的物质,比压缩的铁密度还要大,因此它才能够居于地球最核心部位。

2、它和内核有明显的分层,表明它与铁有明显的不同,最起码不是普通的铁被压缩那么简单。

3、具有很强的放射性。我们已经多次陈述过,地心内部在不断发生着核裂变反应,提供了地球54%的热量。

4、整体不断缓慢膨胀着。

下面我们复述一下“奇异物质”特性,并与地核内部状况进行对照比较:

“奇异物质”是原本存在于白矮星内部,经受着白矮星外部强大的内聚压力。当发生“热核爆炸”型超新星爆发时,白矮星中心物质进一步压缩成为“中子态”,并释放出大量的热量。星体在爆炸中被炸碎解体,中心的中子态物质没能成功凝结成为“中子星”,而被抛射出来。这些物质会发生一系列变化,具有如下特性:

    1、致密。外界压力解除,体积会有一定程度地膨胀,物质整体仍然非常致密,密度远大于普通物质。作为新天体的建筑材料,它应该居于星球中心。

    2、冷。这是主序星时期大量内能消耗,在超新星爆发时又释放出大量能量,导致物质内禀能量严重亏空。在外界压力解除后,体积发生膨胀,物质变冷。

3、虽然没有成功凝结出中子星,但在白矮星中心的物质,已经被挤压成“中子态”,这些中子态物质被抛射到宇宙空间,部分中子还原成为质子,碎块本身成为“超大原子核”,极不稳定,它们以某种形式吸聚能量后,进一步发生碎裂,成为更多、更小的不稳定“巨大原子核”,可以发生一系列的放射性衰变。一个大的原子,裂解成为两个或者更多的原子,其体积将成倍增加。

地球的“内内核”与我们上述的“奇异物质”特性匹配的若合符节、别无二致,它极有可能就是我们所说的“奇异物质”。地核中以“奇异物质”为中心,其外层则是“奇异物质”脱落下来的放射性重金属物质,再往外才是我们传统认为的铁镍等金属,它们共同组成的类似一个“小行星”的地球核心。在那里,不断脱落、释放出大量放射性物质,不断发生核裂变反应,释放热量,体积也在膨胀中。地球内内核就是一个巨大的核燃料库,不断裂解出放射性核素,形成外围一个核裂变反应圈层。

    二、造成地面乱象的第二个原因,是地下存在的“奇异物质”分布不均匀,致使“海底扩张”。

我们已在《地下迷局》一章中叙述过,2016年7月,科学家在研究地球内部结构时,发现地底深部有两个“大液滴”状结构,每个的厚度都比珠穆朗玛峰高100倍。这些大小与大陆相当的“大液滴”位于地核之上,距离地表约2900千米。研究者认为它们是与地幔其他部分不同的物质所组成的。

这两个“大液滴”正好分处地球两端,一个在太平洋下方,另一个则在大西洋之下。科学家通常被称它们为“热化学异常体”。长期以来,科学家一直认为热化学异常体是由地幔物质构成,但温度高于平均值。这是热地幔岩石缓慢搅动、上升导致的结果,与熔岩灯的原理类似。

不过,研究者现在提出,地幔中的热化学异常体可能具有独特的化学性质。新研究显示,这些“大液滴”中含有板块构造向下挤压的物质,甚至可能是由地球在46亿年前形成时的残余物质所组成。

如果这两个“大液滴”中的所谓“残余物质”,就是两块较小的“奇异物质”的话,地面乱象和地下迷局就会迎刃而解了:

被原始地球所擒获的两小块“奇异物质”,或者是地核那块较大的“奇异物质”脱落、分裂出来的两个小块,游离于地核之上,就处在我们如今的太平洋、大西洋底的地幔中,持续不断滋生出放射性重金属物质,形成两个大型核裂变反应堆,不断加热周围地幔物质,形成了如今的两个“大液滴”。“大液滴”内部物质温度远超周围其他物质温度,形成上涌岩浆流。岩浆流到达地幔上层后,与顶部的岩石层交换热量而降温,并向四周散开。在“大液滴”中心持续加热、上升、散开这一作用下,地幔岩浆形成泉水般上涌、推动作用,成为海底扩张的动力来源,推动洋底裂开,进而形成了今天的太平洋和大西洋。

  如果我们这一理论无误的话,可以设想,在其他扩张中的海底下面也应该存在类似的“中液滴”或者“小液滴”。

    三、造成地面乱象的第三个原因,是地球整体膨胀和海底扩张两个因素附带造成的非膨胀区域挤压皱缩。

既然地球在整体在膨胀,自然是40多亿年前的原始地球的体积远远小于今天的地球体积,表面积也远远小于今天地球的表面积。

地球形成之初,由于物质收缩的势能转化而成的热能,以及地心“奇异物质”释放出来的放射性物质蜕变产生的热量,使得原始地球处于熔融状态。当原始地球向外释放热量,表面逐步凝固成固体表面后,这个较小地球表面的曲率远大于今天地表曲率。

    曲率是描述曲线弯曲成的量,曲率越大,表示曲线的弯曲程度越大。曲率的倒数就是曲率半径。对于一个星球来说,星球半径越小,表面积就小,星球表面曲率越大。反之,星球半径越大,表面积就大,表面曲率就小。

    依照我们前面所说,地心在缓慢膨胀,原始地表必然被地心膨胀而胀破。地表下的岩浆涌出,填充到地表裂缝处。当这些填充物因向宇宙空间散发热量后冷凝、“焊接”住原来地表裂缝,地球表面扩大了。与此同时,按照原有的体积凝结而成的地表也因此失去原有标准的椭球形了。在远离裂缝的地方表面曲率仍然还是原来的那么大,新形成的地表曲率要小一些。

    时光荏苒,经过长时间的积累,地球表面的曲率差异会逐步增大。大曲率的地方隆起、悬空,失去地下岩浆的托举。这就像是一块鸡蛋壳,套在一只鹅蛋外面一样,中间部位被悬空,从而失去支撑。失去支撑的中间部位,在自身重力和两侧横向支撑力的共同作用下,隆起的地方被挤压皱缩,形成或直或曲的条状皱缩结构,也就形成了原始的山脉。这也许是导致有人误以为地球在收缩的原因。

时光继续流转,随着地球体积的进一步增大,最开始断裂、溢出岩浆的地方,曲率变化将被其他地方的超越,成为地表曲率最大的地方。这些地方也要重复其他地方被悬空、挤压、皱缩的过程。风水轮流转,这样的抬升、挤压、皱缩过程,将会落到最先破裂,最先溢出岩浆的地方。这样的地壳运动周而复始地进行。这也许是导致有些人误以为地表定期膨胀收缩的原因。

    这种地球整体膨胀导致的地表断裂,裂缝有纵有横,导致地壳成为几大板块,几大板块进而分裂为若干次级的板块,并且相对均衡,有规律。

同时,这种抬升、皱缩、塌陷,重新形成新的较小曲率,地表形成一次小的循环。对于某一个具体的地方来说,就会造成了“沧海桑田”,时起时落的跌宕变化。

地球整体膨胀,海底局部扩张,加之肺扩张区域的皱缩,导致了今天地球表面的一片乱象。

    四、水圈形成

我们知道,地球表面71%以上的面积是海洋,只有不到29%是陆地。那么,地球上的水到底从哪儿来的呢?目前比较有代表性的是“外源说”和“内源说”。不过,两种说法都缺乏充足的证据。

外源说

所谓“外源说”,顾名思义,外源说认为地球上的水来自地球外部。而外来水源的候选者之一便是彗星和富含水的小行星。

被誉为“脏雪球”的彗星,其成分主要是水和星际尘埃,彗星撞击地球会带来大量的水。而有些富含水的小行星降落到地球上成为陨石,也含有一定量的水,一般为0.5%~5%,有的可达10%以上,其中碳质球粒陨石含水更多。球粒陨石是太阳系中最常见的一种陨石,大约占所有陨石总数的86%。正因如此,一些科学家认为,正是彗星和小行星等地外天体撞击地球时,将其中冰封的水资源带入地球环境中。

然而,科学家研究发现,大多数彗星水的化学成分与地球水并不匹配。此外,德国明斯特大学科学家认为,既然陨石是在地球形成阶段就已经降落到地球的,那么应该在地球的地幔中留下相应的化学痕迹。如果水确实是在这一阶段由陨石带到地球上的,那么地幔中的同位素水平和陨石中的同位素水平应该相同,而当他们将不列颠哥伦比亚塔吉胥湖的陨石中钌同位素及地球地幔中钌同位素进行对比分析后却发现,两者的同位素水平并没有任何相似之处。

据此,有科学家认为,如果水确实是由彗星或小行星带到地球上的,则其来到地球上的时间并不是地球的形成期,而是地球演化到形成地壳和地幔之后的时期。但并不排除另一种情况,即水最开始其实是星际尘埃的组成部分,而地球则正是由星际尘埃所组成的。

很多人似乎觉得太空中的水很稀少,实际上水在太阳系中非常丰富。例如我们的临近行星--火星,已经在其表面发现了很多干涸的河床、湖泊、三角洲、冲积扇等,这说明火星表面曾经有大量的水。现在科学家也相信,火星地下和两极可能藏有很多水。此外,一些小行星、海王星轨道之外的柯伊伯带的天体上也有大量的水存在。而在柯伊伯带以外的奥尔特云更是分布着大量的彗星,这些彗星大部分就由水组成。在地球漫长的46亿岁里,有过无数的小行星和彗星造访过地球,很可能地球上的水,部分是它们带来的礼物。

外来水源的另一个候选者是太阳风。太阳风是指从太阳日冕向行星际空间辐射的连续的等离子体粒子流,是典型的电离原子,由大约90%的质子(氢核)、7%的α粒子(氦核)和极少量其他元素的原子核组成。有科学家认为,地球上的水是太阳风的杰作。首先提出这一观点的科学家是托维利,他认为,太阳风到达地球大气圈上层,带来大量的氢核、碳核、氧核等原子核,这些原子核与地球大气圈中的电子结合成氢原子、碳原子、氧原子等。再通过不同的化学反应变成水分子,据估计,在地球大气的高层,每年几乎产生1.5吨这种“宇宙水”,这种水以雨、雪的形式降落到地球上。

更重要的是,地球水中的氕(氢)与氘(重氢)含量之比为6700:1,这与太阳表面的氕氘比也是十分接近的。因此托维利认为,这可以充分说明地球水来自太阳风。但太阳风形成的水是如此之少,在地球45亿年生命史中,也不过形成了67.5亿吨水,与现今地球表面的水贮量(包括液态水、固态冰雪和气态水汽)1.3860×10^10亿吨相比,不过九牛一毛。

内源说

与外源说相对的是内源说,内源说认为地球上的水来自于地球本身。内源说认为,地球是由原始的太阳星云气体和尘埃经过分馏、坍缩、凝聚而形成的。凝聚后的这些星子继续聚集形成行星的胚胎,然后进一步增大而形成原始地球。

地球起源时,形成地球的物质里面就含有水。在地球形成时温度很高,水或在高压下存在于地壳、地幔中,或以气态存在于地球大气中。后来随着温度的降低,地球大气中的水冷凝落到了地面。岩浆中的水也随着火山爆发和地质活动不断释放到大气、降落到地表。汇集到地表低洼处的水就形成了河流、湖泊、海洋。

地下深处的岩浆中含有丰富的水。有人根据地球深处岩浆的数量推测,在地球存在的46亿年内,深部岩浆释放的水量可达现代全球大洋水的一半。

火山气体成分以水汽为最多,一般占气体总体积的60%~90%,此外还有H2S、CO2、HF、HCI、NaCl、NH4Cl 等。

在岩浆活动过程中,从岩浆中不断析出水蒸气,并沿裂隙升出地面,可以形成喷气泉或温泉。凡是水温高于当地年平均气温的泉水,都可称为温泉。但并不是所有温泉都直接与岩浆活动有关,例如地下水下渗,受地热或岩浆热影响,使水温增高,然后涌出地面,也可形成温泉。有种周期性喷发的温泉,称间歇泉。

地球科学家倾向于认为,地球上的水来源于地球自身演化过程中的岩浆水等,天文学家更倾向于是彗星等撞击地球带来的水。目前两种观点谁都没有说服谁。也许两方面的来源都有,目前的主要问题在于谁是主要来源,还很难下结论,需要更多的证据。

我们认为,地球水的来源还有另外一种途径,就是“自产水”。

地球形成时胎里会带来大量的氧。其一是上一代恒星晚年,形成碳氧型白矮星,星体表层存在的“超固态”的氧,当发生超新星爆发时,使得氧以“超重物质”形式,在地球形成之初混杂进入在地球核心内部;其二是以金属氧化物等化合物形式大量存在于地球内部。

同时,幼年的地球中心存在较多的“奇异物质”,“奇异物质”蜕变过程中生成质子(氢核)是地球上的氢元素重要来源,它们在向地表溢出过程中,在适合的温度、压力下,与地球内部的氧发生化合反应形成水,随着火山喷发来到地面。

大地水圈的形成,也许是外源、内源、自产多个来源共同产生的结果。

地球有了大气、水和阳光,慢慢地开始孕育了原始生命。原始生命不断进化,终于有了地球亿万生灵,最终也孕育了地球人类,成了我们的家园。

作者:杨建立 录入:杨建立 来源:原创
 

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