地球的起源與演進及全球氣候變化

鐘萃相

[摘要]對地球起源的研究不僅能夠發(fā)現(xiàn)地球的形成和演進規(guī)律，而且可以揭示宇宙星系的形成和演進規(guī)律。因此，作者近來研究了地球的起源，發(fā)現(xiàn)了地球的一些形成和變軌機制，從而揭示了地球的起源和演進規(guī)律。并根據(jù)該規(guī)律，可進一步揭示太陽系的形成和演進規(guī)律及其它星系的結(jié)構(gòu)，并能科學地解釋宇宙的膨脹和全球氣候變化的原因。

[關(guān)鍵詞]太陽系 地球 形成 演進 星系結(jié)構(gòu) 宇宙膨脹 全球氣候變化

[中圖分類號] K826.14 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-9-294-5

1引言

地球起源問題與物質(zhì)結(jié)構(gòu)和生命起源問題一起，屬于自然科學的三大課題，一直受到人們的高度重視。

由于地球是太陽系的一個成員，因此地球起源問題自然歸入太陽系的起源和演進問題。雖然早在1543年波蘭天文學家哥白尼就發(fā)表了《天體運動論》，創(chuàng)立了日心說， 為人類正確認識太陽系做出了重要貢獻，但是近五百年以來，太陽系的起源和演進仍然是一個不解之謎。

但隨著上個世紀50年代太空時代曙光的出現(xiàn)及90年代太陽系外行星的發(fā)現(xiàn)，這種假說不得不為適應(yīng)新的發(fā)現(xiàn)而被修改。但即使是修改后的假說仍然無法解釋許多事實。通常只由一個星球產(chǎn)生并圍繞該星球展開的星云怎么橫跨數(shù)光年呢？為什么行星能圍繞太陽旋轉(zhuǎn)？為什么離太陽系中心較近的水星和金星本來有較多的物質(zhì)來形成其衛(wèi)星，結(jié)果沒有一顆衛(wèi)星？還有許多其他無法解釋的事實。所有這些事實都使現(xiàn)有的假說難以置信。

于是，近來作者通過研究月球和地球的起源，發(fā)現(xiàn)了衛(wèi)星、行星和恒星的形成和運動機制，從而揭示了太陽系及其他宇宙星系的形成和演進規(guī)律，包括揭開了地球的形成與演進的奧秘。

2地球起源新解說

由于地球是以太陽為中心運轉(zhuǎn)的，因此地球的起源應(yīng)該追溯到太陽的起源和演進。當后來演變成恒星的原太陽成長為地球大小的行星時，它便能從宇宙空間中吸收大量的水氣來形成自己的大氣層，甚至形成大的冰體或水體。由于行星自轉(zhuǎn)離心力的作用使行星成長為赤道隆起、兩極稍扁的球體。行星赤道半徑大于兩極及其他位置的半徑，而萬有引力和距離的平方成反比，所以越靠近赤道，物體受到的萬有引力越小，因而在赤道附近射出的物質(zhì)容易獲得足夠的速度，進入繞行星旋轉(zhuǎn)的軌道。另外，如果行星上有水，則在行星自轉(zhuǎn)離心力的作用下，會使得兩極及其他地區(qū)的水流向赤道區(qū)域。因此，赤道附近比其他地區(qū)受到水的侵蝕更早和更嚴重，這就使得赤道附近更容易發(fā)生火山噴發(fā)，而且噴發(fā)得更早、更頻繁和更猛烈。在一些猛烈的火山噴發(fā)過程中，一些火山灰和碎屑可以獲得足夠的速度，進入繞行星旋轉(zhuǎn)的軌道，形成一層一層的環(huán)球“星云”。在這些進入軌道的碎屑中有一些體積較大的碎片就是后來形成太陽系行星的雛形。特別是，當火山的噴射方向與原太陽的自轉(zhuǎn)方向一致時，噴出的物質(zhì)容易獲得足夠的速度，進入繞原太陽旋轉(zhuǎn)的軌道；當火山的噴射方向與原太陽的自轉(zhuǎn)方向相反時，噴出的物質(zhì)難以獲得足夠的速度來進入繞原太陽旋轉(zhuǎn)的軌道。所以，在環(huán)繞原太陽的同一軌道中順行物質(zhì)多于逆行物質(zhì)。因此，順行星子可以積聚更多的順行物質(zhì)，碰撞更少的逆行物質(zhì)，因而容易形成衛(wèi)星。當原太陽長大成恒星時，它的一些衛(wèi)星就成長為行星。這就是為什么環(huán)繞太陽的八大行星都是順行的行星。另外，由于赤道附近噴出的物質(zhì)容易獲得足夠的速度，進入繞原太陽旋轉(zhuǎn)的軌道，然后凝聚成衛(wèi)星。這就是為什么八大行星的軌道幾乎位于同一個平面，而且該平面與赤道面的夾角很小?？梢娦行堑男纬膳c演進大致要經(jīng)歷三個階段：星云凝聚成衛(wèi)星，衛(wèi)星演變成行星，行星成長為巨星。關(guān)于八大行星的形成與演進可以地球的形成與演進為例來加以說明。

2.1星云凝聚成衛(wèi)星

地球雛形最初進入的軌道距離原太陽較近，原太陽周圍有大量的火山噴射物質(zhì)，如火山灰、水蒸氣、SO2形成的氣溶膠等，形成環(huán)繞地球的“星云”。此外，地球軌道附近還有來自其他星球的物質(zhì)。后來地球雛形通過引力不斷地吸收軌道附近的這些物質(zhì)而變得越來越大，并漸漸地遠離原太陽，成為今天龐大的地球。關(guān)于這一點，可證明如下：當?shù)厍蚶@原太陽正常運轉(zhuǎn)時，原太陽對地球的萬有引力與地球的離心力大小相等、方向相反，假設(shè)原太陽的質(zhì)量為M，地球的質(zhì)量為m1，地球的半徑為re， 地球繞原太陽運轉(zhuǎn)的軌道半徑為r， 轉(zhuǎn)速為v，則

靠近地球運行的軌道，還有一些較小的由原太陽拋射物形成的星子在環(huán)繞原太陽飛行，如圖1所示。假設(shè)這些星子的軌道半徑為rx，則這里所考慮的星子的軌道半徑滿足：r-re< rx

假設(shè)星子的運行速度為vx，則

因此這些較小的順行星子最終將趕上地球。特別地，當一個較小的順行星子接近地球時，地球的引力又加速該星子的運動，使星子的速度大于vx 。假設(shè)該星子的質(zhì)量為m2， 當它撞上地球時的速度為vy ， 則地球與該星子合并時的離心力是

即地球繞原太陽旋轉(zhuǎn)的離心力大于原太陽對地球的引力，因而地球重心有遠離原太陽的趨勢。特別地，如果撞擊地球的星子足夠大，它還可能猛烈地撞擊地球，使地球的順行速度增至更大的值v2 ，這時

地球重心就遠離原太陽一段距離?？傊S著地球質(zhì)量的遞增，地球重心也在遠離原太陽。

事實上，地球遠離原太陽的另一個原因是原太陽自轉(zhuǎn)速度的加快。這是因為原太陽起源于銀河中心某個行星的衛(wèi)星。起初原太陽的質(zhì)量較小，其上沒有濃密的大氣層，而且靠近其母行星，所以它幾乎被其母行星同步鎖定，無法繞其自身軸轉(zhuǎn)動，正如現(xiàn)在太陽系的水星和金星那樣。后來，它不斷地吸積軌道附近的“星云”物質(zhì)而變得越來越大，并且漸漸地遠離母星。隨著原太陽質(zhì)量的增加，它可以從宇宙空間中吸收越來越多的水氣來形成自己的大氣層，甚至形成一個大的冰水圈。當它的母行星變成發(fā)光發(fā)熱的恒星時，它就變成一個行星，由于它繞其母星按反時針方向旋轉(zhuǎn)，原太陽上靠近母星的那一面受到來自母星陽光的照射，使該面的溫度高于背面的溫度，從而使該面蒸發(fā)起更多的水氣，甚至形成撞擊高山的巨云或橫掃大地的風暴。因此，在原太陽繞母星旋轉(zhuǎn)的過程中，原太陽上靠近母星的那一面比另一面受到更大的空氣阻力，從而使原太陽從西向東自轉(zhuǎn)。并且隨著原太陽大氣層和冰水圈的增長，原太陽的自轉(zhuǎn)速度將逐漸加快。由于原太陽的內(nèi)部流體活動、火山活動、地震活動或潮汐活動，其自轉(zhuǎn)軸經(jīng)常偏離空間里的南北軸線，原太陽每轉(zhuǎn)一周其自轉(zhuǎn)軸就圍繞南北軸線旋轉(zhuǎn)一次，在原太陽的自轉(zhuǎn)過程中原太陽質(zhì)心的軌跡就形成環(huán)繞南北軸線的一個圓圈。因此，當原太陽自轉(zhuǎn)加速時，在原太陽萬有引力的拖曳下，地球繞原太陽的公轉(zhuǎn)速度也會加快，從而使地球繞原太陽公轉(zhuǎn)的離心力增大，最終使地球遠離原太陽。

由于同樣的原因，一批又一批來自原太陽或其他星球的火山噴射物或星子被驅(qū)離母星并傳送至地球，使地球在數(shù)十億年中成為一個覆蓋星際物質(zhì)的大衛(wèi)星。

2.2衛(wèi)星演變成行星

除了星子的撞擊和原太陽自轉(zhuǎn)的加速能驅(qū)動地球遠離原太陽之外，地球上的火山噴發(fā)也曾是驅(qū)動地球遠離原太陽的另一個原因。

地球形成之初是一個冷卻的均質(zhì)球體，但隨著地球質(zhì)量和體積的不斷增加，地球內(nèi)部的熱能不斷積聚，包括地球高速旋轉(zhuǎn)引起的氣流摩擦產(chǎn)生的熱能，地球自身引力收縮過程產(chǎn)生的熱能，原始地球內(nèi)部化學反應(yīng)而產(chǎn)生的熱能。正是由于地球原始熱能積聚到一定程度，才使原始地球物質(zhì)發(fā)生了熔融分異，形成了地球的不同圈層：地核，地幔和地殼。

當早期的地球還是月亮大小的衛(wèi)星時，其軌道離原太陽很近，它幾乎被其原太陽同步鎖定，無法繞其自身軸自轉(zhuǎn)，總是一面朝著原太陽，而且地球正面（即靠近原太陽的那一面）有一大塊表面浸泡在原太陽大氣層中，因此地球從原太陽大氣層中吸收了大量的水氣，在地球表面形成了大面積的冰水覆蓋區(qū)，地球海洋開始產(chǎn)生。在地球環(huán)繞原太陽飛行過程中，地球東半球總處于頭部位置，與空氣的摩擦較劇烈，產(chǎn)生大量的熱量，使東半球氣溫較高。因此，地球東半球氣溫高于西半球，這就使東半球氣流活躍，不容易凝結(jié)冰水，而西半球氣溫較低，容易凝結(jié)冰水，因此西半球覆蓋著較多的冰水。

由于冰水的長期侵蝕，許多地方的地殼破裂，當冰水進入地幔與熾熱的巖漿接觸時，水分立即氣化，產(chǎn)生猛烈的火山噴發(fā)。由于西半球覆蓋著較厚的冰水，因此西半球發(fā)生火山噴發(fā)的概率和強度高于東半球?？偟膩碚f，地球西面所受火山推動力大于東面所受火山推動力， 這就會使地球公轉(zhuǎn)增速，發(fā)生變軌，從靠近原太陽的軌道逐漸轉(zhuǎn)移到遠離原太陽的軌道。關(guān)于這點可分如下兩步來說明：

（1）地球公轉(zhuǎn)增速引起地球軌道擴大[1，2]

假設(shè)原太陽的質(zhì)量為M，地球質(zhì)量為m，地球原先在半徑為r1的圓形軌道1上繞原太陽做勻速圓周運動，如圖2所示，則其速度V1=■。若地球在A點受到推力作用而加速，則由于原太陽對地球的萬有引力小于地球以加速后的速度繞原太陽做勻速圓周運動所需的向心力，從而做離心運動，進入橢圓軌道。故假設(shè)地球在A點的速度由V1增大到VA2 時，地球可進入近日點距原太陽中心為r1，遠日點距原太陽中心為r2的橢圓軌道2，則根據(jù)機械能守恒定律可知，地球從近日點A運動到遠日點B時應(yīng)有

又由開普勒第二定律可知

由式（1）～（3）式可求出

類似地，欲使地球從半徑為r1的圓形軌道進入近日點距原太陽中心為r1，遠日點距原太陽中心為r3的橢圓軌道3，則地球在A點的速度應(yīng)由V1增大到VA3 ，其中

由式（4）～（5）式可求出

由此可見，欲使地球從橢圓軌道2變軌到橢圓軌道3就應(yīng)該使地球在A點的速度VA2增加（■-1）·VA2 。

例如，假設(shè)起初地球質(zhì)量為7.349e20 kg， 它運行在一個近似圓形的橢圓軌道上，近日點距離r1= 8200 km， 遠日點距離r2=8220 km， 近日點處的公轉(zhuǎn)速度VA2= 7896 m/s。根據(jù)式（7），用計算機可算出，欲使地球從原有的橢圓軌道變軌到遠日點距離r3=r2+0.0002 m的橢圓軌道，地球在近日點的公轉(zhuǎn)速度應(yīng)增加6.16869e-8 m/s。當?shù)厍蜻\行到近日點距離r1= 200000 km， 遠日點距離r2= 220000 km， 近日點處的公轉(zhuǎn)速度VA2= 1412.48 m/s的橢圓軌道上時，欲使地球從原有橢圓軌道變軌到遠日點距離r3=r2+0.04 m的橢圓軌道，地球在近日點的公轉(zhuǎn)速度應(yīng)增加6.11464e-8 m/s?？梢娦l(wèi)星離原太陽中心越遠變軌越容易。

一般地，如下圖3（a） 所示，對于橢圓軌道2上的任一點D，假設(shè)D與日心之間的距離為r4，地球在D點的線速度為VD，則由開普勒第二定律可得

VA2·r1=VD·r4 （8）

假設(shè)地球在D點受到推力作用得到加速，使VD變?yōu)閂4，能使地球變軌到更大的橢圓軌道4。如果該橢圓軌道的近日點距離不變，則其遠日點距離必增加。假設(shè)當?shù)厍蛟谲壍? 的A點由速度VA2增大到VA4 時，地球也可進入軌道4，則

VA4·r1=V4·r4 （9）

由式（8）和（9）可得

即如果地球在軌道2 的A點發(fā)生ΔV的增速能使地球軌道的遠日點距離增加，則地球在軌道2 的D點只需發(fā)生■ΔV（■ <1）的增速就可以使地球軌道的遠日點距離具有同樣的增幅。由于D的任意性，可見由于地球增速引起地球軌道擴大的概率是很大的。

類似地，如圖3（b）所示，對于從遠日點B出發(fā)駛向近日點A的半橢圓軌道2上的任一點D，如果地球在D點受到推力作用而被加速，則能使地球變軌到近日點距離增加的軌道4。

（2）火山噴發(fā)改變地球公轉(zhuǎn)速度[3，4]

如前面圖1和圖4所示，在地球繞原太陽公轉(zhuǎn)的過程中，當?shù)厍蛏嫌谢鹕娇诔c地球公轉(zhuǎn)切線方向相反的方向連續(xù)不斷地噴出大量的高速氣體及其他火山物質(zhì)時，可使地球獲得巨大的動量，提高公轉(zhuǎn)切向速度。因此，可參考火箭飛行原理來計算地球公轉(zhuǎn)切向速度的增量。

設(shè)在某一瞬時t，地球質(zhì)量為M，速度為v， 在其后t到 t+dt 時間內(nèi)，地球噴出了質(zhì)量為dm的物質(zhì)，這些物質(zhì)噴離地球的速度為u， 使地球的速度增加了dv，所以在時刻t+dt， 地球的質(zhì)量為M+dM， 速度為v+dv， 噴出物質(zhì)的質(zhì)量為dm（當dt很小時，比如當dt≤1秒時，可以認為這些物質(zhì)此刻飛行在空中），速度為（v+dv-u）. 由于地球在繞原太陽公轉(zhuǎn)的過程中所受的外力僅有原太陽對地球的引力和地球繞原太陽旋轉(zhuǎn)的離心力，兩個力相互抵消，使外部合力為0， 因此根據(jù)動量守恒定理有

Mv=[M+dM]（v+dv）+dm（v+dv-u）]

注意到 dM=-dm， 上式可化簡為

dv=-u*dM/M

設(shè)在某一時刻ti，地球的質(zhì)量為Mi，公轉(zhuǎn)速度為vi，在其后ti到 tj時間內(nèi)地球噴出了一些物質(zhì)，到了時刻tj， 地球剩余質(zhì)量為Mj，公轉(zhuǎn)速度變?yōu)関j， 則對上式積分可得：

■ dν=-u ■dM/M→ vj-vi=uln（Mi/ Mj）

設(shè)地球原有質(zhì)量與第1秒火山噴發(fā)后剩余質(zhì)量比為N1， 地球剩余質(zhì)量（包括落回地球的物質(zhì)的質(zhì)量）與第2秒火山噴發(fā)后剩余質(zhì)量比為N2， ……， 以此類推，設(shè)火山噴發(fā)前地球原有速度為v0，第i秒火山噴發(fā)射出物質(zhì)的速度為ui， 第i秒火山噴發(fā)后地球獲得的速度為vi， 則

v1-v0=u1ln（N1），v2-v1=u2ln（N2），v3-v2=u3ln（N3），……，vk-vk-1=ukln（Nk）

一般可認為u1= u2=…=uk=u 且 N1= N2=…=Nk= N（其中u>0， N>0），于是vk- v0=kuln（N）

在計算火山活動時，應(yīng)該參照其他星球上的數(shù)據(jù)。地球歷史上著名的維蘇威火山持續(xù)噴發(fā)了10多個小時，每秒能噴出1.54321萬噸碎石、熔巖、灰燼和氣體。被人們譽為“地中海燈塔”的意大利斯通博利火山幾乎連續(xù)噴發(fā)了至少100年之久。旅行者1號發(fā)現(xiàn)木衛(wèi)一上的火山噴射速度可達1000m/s。

火山噴發(fā)還與地理位置有關(guān)系。由于地球西半球發(fā)生火山噴發(fā)的概率和強度都高于東半球，因此地球西面所受火山推動力大于東面所受火山推動力，這就會使地球公轉(zhuǎn)增速，發(fā)生遠離原太陽的變軌。

由于地球上可能有多個火山口同時噴發(fā)，因此可以不過分地假設(shè)有一個火山群每秒噴物總量為1.54321e9 kg（相當于1個維蘇威火山口每秒的噴發(fā)量），而且火山噴射物質(zhì)的速度為1000m/s，則經(jīng)過1個小時的連續(xù)噴發(fā)，可使質(zhì)量為7.349e20 kg的地球公轉(zhuǎn)增速7.59393e-8 m/s。這個增速可以使地球從近日點距離r1= 8200 km和遠日點距離r2= 8220 km的橢圓軌道變軌到遠日點距離增加 0.033m的軌道上；也可以使質(zhì)量為7.349e22的地球從近日點距離r1= 200000 km和遠日點距離r2= 220000 km的軌道變軌到遠地點距離增加 0.04m的軌道上。

正如式（10）和（11）所表明的那樣，在從近日點出發(fā)駛向遠日點的半橢圓軌道上的任一點D發(fā)生同樣規(guī)模的火山噴發(fā)都能使地球獲得差不多相同的增速效果，因而可使地球發(fā)生差不多相同規(guī)模的變軌。由于地球早期軌道離原太陽較近，公轉(zhuǎn)速度較大，積蓄的熱能較多，因此火山噴發(fā)頻率和強度都大得多。這就使得地球在一年之內(nèi)發(fā)生多次上述規(guī)模的變軌的概率相當大。當?shù)厍蜍壍肋h離原太陽時，比如近日點距離r1= 200000 km和遠日點距離r2= 220000 km，雖然火山噴發(fā)頻率變小，但同樣幅度的地球增速卻可以使地球發(fā)生好幾倍的變軌。下表1還列出了用計算機算出的多種不同軌道的火山噴發(fā)可引起的地球變軌數(shù)據(jù)。根據(jù)這種計算可知，在幾十億年之內(nèi)地球能夠遠離原太陽很長的距離。

由于地球不斷地吸積軌道附近的“星云”物質(zhì)而變得越來越大，并且漸漸地遠離原太陽。隨著地球質(zhì)量的增加，它可以從宇宙空間中吸收越來越多的水氣來形成自己的大氣層甚至大水圈。當原太陽變成發(fā)光發(fā)熱的恒星時，地球就成為接近現(xiàn)在大小的行星。由于地球繞太陽按反時針方向旋轉(zhuǎn)，地球上靠近太陽的那一面受到陽光的照射，使該面的溫度高于背面的溫度，從而使該面蒸發(fā)起更多的水氣，甚至形成撞擊高山的巨云或橫掃大地的風暴。因此，在地球繞太陽旋轉(zhuǎn)的過程中，地球上靠近太陽的那一面比另一面受到更大的空氣阻力，從而使該地球由西向東自轉(zhuǎn)。

2.3行星成長為氣候多變的巨星

由于地球的自轉(zhuǎn)，地球上不僅可能發(fā)生使地球公轉(zhuǎn)加速的火山噴發(fā)而且可能發(fā)生使地球公轉(zhuǎn)減速的火山噴發(fā)，因而不僅能使地球擴軌而且還能使地球縮軌，從而使地球變冷或變暖，甚至進入冰期或間冰期。關(guān)于這一點可以證明如下。

2.3.1地球減速引起地球軌道縮小

相對于地球公轉(zhuǎn)增速而擴軌，如下面圖6所示，欲使地球從橢圓軌道3變軌到橢圓軌道2就應(yīng)該使地球在A點的速度VA3減少至VA2，由式（6）可得

VA3-VA2 =（1-■）·VA3 （12）

即地球的公轉(zhuǎn)速度VA3應(yīng)該減少（1-■）·VA3便可使地球從軌道3變軌到軌道2。

當今地球運行在一個橢圓軌道上，近日點距離r1= 147098074000 m， 遠日點距離r2= 152097701000 m， 近日點處的公轉(zhuǎn)速度VA3= 30287 m/s。欲使地球從現(xiàn)有的橢圓軌道變軌到遠日點距離r3=r2-0.02的橢圓軌道，地球在近日點的公轉(zhuǎn)速度應(yīng)減少9.78497e-10 m/s。

一般地，如下圖7（a）所示，對于從近日點A出發(fā)駛向遠日點的半橢圓軌道4上的任一點D，假設(shè)地球在點A的線速度為VA4，D與太陽之間的距離為r4，地球在D點的線速度為VD，則由開普勒第二定律可知

VA4·r1=VD·r4 （13）

如果地球在D點受到反向推力作用被減速，使VD變?yōu)閂2，能使地球變軌到更小的橢圓軌道2。由于該橢圓軌道的近日點距離不變，則其遠日點距離必縮短。假設(shè)當?shù)厍蛟谲壍?的A點由速度VA4減小到VA2 時，地球也可進入軌道2，則

VA2·r1=V2·r4 （14）

由式（13）和（14）可得

VA4-VA2=■ （VD- V2） （15）

VD- V2= ■（VA4-VA2） （16）

即如果地球在軌道4 的A點發(fā)生ΔV的減速能使地球變軌到更小的橢圓軌道2，則地球在軌道4 的D點只需發(fā)生 ΔV（ <1）的減速就可以使地球變軌到更小的橢圓軌道2。由于D的任意性，可見由于地球減速引起地球軌道縮小的概率是很大的。

類似地，如上圖7（b）所示，對于從遠日點B出發(fā)駛向近日點E的半橢圓軌道4上的任一點D，如果地球在D點受到反向推力作用而被減速，則能使地球變軌到近日點距離縮短的橢圓軌道2。

2.3.2同向火山噴發(fā)降低地球公轉(zhuǎn)速度

如前面圖6和圖5所示，在地球繞太陽公轉(zhuǎn)的過程中，當?shù)厍蛏嫌谢鹕娇诔c地球公轉(zhuǎn)切線方向相同的方向連續(xù)不斷地噴出大量的高速氣體及其他火山物質(zhì)時，可使地球受到與公轉(zhuǎn)方向相反的作用力，從而使公轉(zhuǎn)速度降低。假設(shè)火山噴發(fā)前地球原有速度為v0，連續(xù)噴發(fā)了k個時間單位，每個時間單位的噴物速度都為u， 地球在每個時間單位噴物前的質(zhì)量與噴物后的剩余質(zhì)量比皆為N，則根據(jù)類似于2.2（2）的計算可得： vk= v0-kuln（N）

由于凌晨氣溫低，凌晨下雨的概率一般高于白天其他時間下雨的概率。如果某一天地球上有些火山口在凌晨6：00左右連續(xù)噴發(fā)了4個小時，則在這個時間段的火山噴射方向差不多與地球公轉(zhuǎn)方向相同，使地球受到與公轉(zhuǎn)方向相反的阻力，從而使地球公轉(zhuǎn)速度降低。假設(shè)這些火山每秒噴物總量為1.54321e9 kg（相當于一個維蘇威火山口每秒的噴發(fā)量），而且火山噴射物質(zhì)的速度為350m/s，則經(jīng)過4個小時的連續(xù)噴發(fā)，可使地球公轉(zhuǎn)減速9.75134e-10 m/s。這個減速可以使地球變軌到遠日點距離縮短 0.02m的軌道上。

正如（1）中公式（15）和（16）所表明的那樣，在從近日點出發(fā)駛向遠日點的半橢圓軌道上的任一點D發(fā)生同樣規(guī)模的火山噴發(fā)都能使地球獲得差不多相同的減速效果，因而可使地球發(fā)生差不多相同規(guī)模的變軌。由于地球上每年都有幾十座活火山噴發(fā)，因此在這條漫長的軌道上發(fā)生上50次這樣的變軌的概率是很大的，所以一年之內(nèi)因地球變軌使遠日點距離縮短1m是很自然的。假設(shè)在歷時一百年的過程中，平均每年地球變軌使遠日點距離縮短1m，則在一百年中地球遠日點距離可縮短100m。同理，地球近日點距離也可能縮短100m。因而地球氣溫上升0.8 oC也就不足為怪了。

下表2還列出了用計算機算出的多種不同規(guī)模的火山噴發(fā)可引起的地球縮軌數(shù)據(jù)。

由上面的計算可知，一定規(guī)模的火山噴發(fā)確實引起地球的變軌，從而引起全球變暖或變冷。事實上，在原太陽演變成恒星之后，其周圍的大氣層幾乎被燃燒殆盡，只能從宇宙空間中不斷吸收氣體來維持太陽的熱核反應(yīng)。因此，太陽周圍的大氣層很薄，而且四周均勻，這使得太陽的自轉(zhuǎn)速度基本穩(wěn)定，不再加速或減速。在地球進入到這一階段之后，影響地球變軌的只有星子的撞擊和火山的驅(qū)動，但星子要么很小要么很少，對地球的變軌影響很小，因此影響地球變軌的主要是火山驅(qū)動。由于地球軌道的微小變化就能改變陽光在地球表面上的季節(jié)性分布和地理性分布，因此地球軌道的變化對氣候的變化影響較大，而且與冰期和間冰期顯著相關(guān)。

另外，隨著地球不斷吸收宇宙空間中的塵埃和氣體，包括太陽燃燒產(chǎn)生的水氣和二氧化碳等，地球的水圈和大氣層在逐漸增厚。由于地球吸收的溫室氣體遠多于人類活動產(chǎn)生的溫室氣體，大氣層中溫室氣體濃度也在逐漸增大，這就會導(dǎo)致全球氣候變暖。特別地，地球上水氣的增加，還會增加降水的頻度和量度，甚至引起海平面上升或洪澇災(zāi)害；地球自轉(zhuǎn)的加速也會加劇氣體分子與地面或冰面的摩擦，導(dǎo)致地球氣溫上升或冰雪消融。

3結(jié)論

根據(jù)上面的討論可知，正是在原太陽發(fā)生巨大火山噴發(fā)時地球雛星被射入繞原太陽運轉(zhuǎn)的軌道，然后不斷地凝聚軌道附近的星云物質(zhì)而變得越來越大，并在星子的撞擊或自轉(zhuǎn)不斷加速的原太陽的萬有引力的拖曳或火山驅(qū)動下漸漸地遠離原太陽，演變成龐大的地球。當原太陽變成恒星之后，地球就變成了一個擁有水圈和大氣層的行星。在陽光的照射和地球大氣層的作用下，地球自西向東自轉(zhuǎn)。地球上頻繁的火山噴發(fā)產(chǎn)生了月球。隨著地球質(zhì)量、水圈和大氣層的增長，地球變成了一個氣候多變的星球。

本研究得到江西師范大學博士啟動基金（2280）支助。E-mail： cuixiang_zhong@sohu.com