地球之謎

地球上的水從何而來?地球的氣候為什么如此穩(wěn)定?地球上的生命又是如何誕生的?我們所居住的這顆美麗而神秘的星球仍存在著許多令人費解的未知謎團。

“冥古代”之謎

大約45.3億年前，“襁褓”中的地球剛在其環(huán)繞太陽的軌道上立隱腳跟就大禍臨頭了。一個大小相當于火星的天體對年輕的地球斜向施以一擊。撞擊所掀起的瓦礫碎片，被拋擲進地球軌道并形成了月球;撞擊產(chǎn)生的能量則提供了足以將地球表面熔化的強熱高溫，一筆勾銷了這個星球先前的地質(zhì)記錄。使人類對地球最初5億年這個史稱“冥古代”的最黑暗時期，幾乎一無所知。

在西澳大利亞杰克山發(fā)現(xiàn)的鋯石，是地球上年代最為久遠的礦物。精確的測定表明它們生成于40多億年以前。鋯石的含氧量之高表明它們是在水中形成的。也就是說，地球上的海洋在40多億年前就已經(jīng)存在了。盡管如此，它們?nèi)詿o法昭示熔化的地球在冷卻之際究竟發(fā)生了什么。

了解地球“冥古代”的途徑之一，是對月球和火星進行礦物勘探。因為構(gòu)成月球的正是那次大撞擊所帶來的巖石瓦礫。與地球不同的是，這兩個星球都沒有經(jīng)歷過重新熔化，所以在其表面找到真正屬于“冥古代”的巖石的概率還是挺大的，科學家對此充滿樂觀。

水之謎

包括地球在內(nèi)的太陽系8大行星是在超過45億年以前，由同樣環(huán)繞著太陽的氣體塵埃云形成的。隨著引力以太陽為中心對這一云團的牽扯，塵埃顆粒相互碰撞，彼此黏附，形體不斷擴大，產(chǎn)生了幅員更為廣闊的引力場。經(jīng)過撞擊和融合，由這些團塊構(gòu)筑起了我們今天所知道的太陽系家族。

其中地球與太陽之間保持的距離，提供了恰好使這個星球適應生命居住的熱量和光照度，但僅憑這一點是不夠的。如果沒有碳、氫、氧、磷、硫這些繁衍生物的元系無與倫比的交融，如果地球表面沒有液態(tài)水，那么生命是不可能產(chǎn)生并獲得進化的。但地球是如何獲得水——這一生命之源的，仍然是個未知的大謎團。

既然離太陽那么近，當然夠炎熱的，不可能在地球形成之際就使水單純地從氣體云中得到冷凝，最為流行的解釋是:水是在后來所謂的“月球大撞擊晚期”，以寒冰彗星的形式，如雨點般從太陽系外層降落下來的。不過，目前尚無強有力的證據(jù)表明這一解釋是正確的。

歐洲航天局將在近期內(nèi)發(fā)射“赫歇爾太空望遠鏡”，利用大小相當于哈勃太空望遠鏡一倍半的鏡面，深入窺探太空，并借助于紅外探測器，讓我們前所未有地一睹正在形成的新星體和塵埃云的風采，可能會對解開這一謎團提供一些線索。

生命起源之謎

生命究竟是從哪里來的?咱們暫且不談生命搭載著流星從別的什么地方光顧地球這一遙遠的可能性。我們假設它是在地球的“青春期”，從具備物理和化學條件的場所中萌生的。

與早期地球相似的環(huán)境條件，至今依稀有跡可循。在海底熱液噴口的周圍，有微生物的大片結(jié)集，其中不乏代謝活動原始得令人咋舌的品類。它們無一依靠太陽獲取能量?？茖W家認為支持那里的微生物生存的，正是由地熱活動間歇噴泉似的抽取的滾燙的熱水。那么，海底熱液噴口是否就是生命的起點?或者說，它只是為生命提供了早期庇護呢?

令人不解的是，到底發(fā)生了什么情況，才使得無生命的化學物質(zhì)通過匯聚而形成活生生的有機物?在這里我們又陷入了“雞與蛋孰先孰后”的兩難境地:DNA(脫氧核糖核酸)要發(fā)揮作用，就必須有蛋白質(zhì)，而那些蛋白質(zhì)的藍圖是由DNA提供的。那么，究竟先有什么呢?

不少地質(zhì)學家將揭密的希望寄托于火星。由于那里沒有板塊活動造成滄桑巨變，還能找到可回溯到與地球上生命起源同時的沉積巖。與地球不同的是，這些巖石仍保留著對生命出現(xiàn)之前的化學現(xiàn)象的記錄。

板塊構(gòu)造之謎

迄今為止，地球是據(jù)我們所知擁有板塊構(gòu)造的唯一星球。計算機模型試驗表明，要使板塊構(gòu)造得以正常運行，星球就必須擁有恰如其分的形體。太小了，它的巖石圈就會變得過于厚重;太大了，它那強勁的引力場就會讓所有的板塊扎堆，僵硬地擠在一起。除此之外，構(gòu)成星球的巖石既不能太灼熱，也不能太冰凍，還不能太潮濕或太干燥。即使這些條件都一應俱全了，還有一個更至關(guān)重要的條件:巖石圈需要以某種方式呈開裂狀，這樣一個板塊才會沉潛到另一個板塊底下去。

最初的板塊活動是什么時候發(fā)生的?最初的開裂是怎么形成的?這些都是未知的謎團。但不管當年發(fā)生了什么，板塊構(gòu)造從此便起著塑造和重塑地球表面的作用;海洋翻騰了又平息，山脈高聳了又坍塌，大陸聚合了又離散。這個過程使水、碳和氮一再得到循環(huán)，為生命創(chuàng)造了美好而理想的環(huán)境;還為人類帶來了眾多石油、天然氣和礦物儲藏。

每隔5～7億年，板塊構(gòu)造還會使各大陸匯合成一個超大陸。上一次的所謂“泛古陸”，就存在于2.5億年之前。當這樣的超大陸逐漸趨于解體時，進化就會進入一種超速狀態(tài)，形成無數(shù)移居新棲息地的新物種。

氣候穩(wěn)定之謎

在太陽系中，并非從來就只有地球上有水?；鹦呛徒鹦窃诔跏茧A段似乎也有充沛的水源，但隨著條件的變化，它們失去了海洋。而地球的氣候卻始終處于一個狹小的、適于生物居住的范圍內(nèi)長達近40億年。地球的氣候為什么如此穩(wěn)定?除了板塊構(gòu)造，另一關(guān)鍵因素就是二氧化碳與海洋之間的相互作用。

火山向大氣層噴發(fā)二氧化碳;二氧化碳通過溫室效應使地球保持溫暖;溫暖有助于海水蒸發(fā)而形成雨;雨水含有二氧化碳，略呈酸性，將巖石中的礦物質(zhì)溶解于水;溶解的含碳礦物質(zhì)被沖入河流和大海;礦物質(zhì)經(jīng)過沉淀析出，形成含碳的新巖石;巖石最終潛沒到地幔中，二氧化碳在那里得以釋放;而被釋放的二氧化碳又通過火山噴發(fā)重新返回大氣層。

二氧化碳的這一循環(huán)給地球提供了一個極其有效的恒溫器。當?shù)厍蜃兣瘯r，雨水就會增多，帶走了大氣層中較多的二氧化碳，減弱了溫室效應，冷卻地球。當氣候轉(zhuǎn)冷時，雨水減少，使火山噴發(fā)的二氧化碳氣體在大氣層得以積聚，增強了溫室效應，給地球帶來溫暖。當然這一恒溫器并不是萬無一失的，由于人類活動尤其是過度使用化石燃料而給氣候帶來的變化，可能會延續(xù)數(shù)百萬年之久。想一想金星或火星的“前車之鑒”，我們真的應該精心呵護好地球如此慷慨提供的恒溫器。

地震預報之謎

由于大部分斷層和火山是沿著板塊邊界出現(xiàn)的，所以，要預測地震和火山爆發(fā)將發(fā)生在世界的哪些地區(qū)是想當容易的。但遺憾的是，預報何時發(fā)生卻很困難。

目前，對地震作出長期概率預測，并不是太成問題。比方說，生活在舊金山海灣地區(qū)的人都知道，未來30年內(nèi)發(fā)生大地震的概率是62%。如今，以秒為時標的短期警報也正在成為可能。最近，日本就啟用了這樣一種系統(tǒng)，目的在于讓人們在地震來臨前有7秒種的時間逃生或躲在桌子底下。但以星期或天為時標發(fā)出警報，對最具風險的地區(qū)實施疏散，可能會更加有用。不過，對科學家來說實現(xiàn)這一預測尚任重道遠。

然而，由于在破譯警報性預兆方面取得了進展，預測火山何時爆發(fā)則正在成為可能。1991年6月，在菲律賓皮納圖博山突然爆發(fā)前三個月，科學家就在其側(cè)翼上檢測到震顫。沒過多久，火山開始冒蒸汽，并噴吐塵埃云團。隨著其活動加劇，政府下令對6000名人員進行疏散，拯救了數(shù)千人的生命。即使是最細微的征兆，現(xiàn)在也可能被用來預測火山爆發(fā)。2006年7月和2007年4月，海洋聲響的微妙變化，就被成功地用來預測印度洋留尼汪島上富爾奈斯火山的爆發(fā)，當?shù)厝颂崆皫滋炀图皶r疏散了。