这就是我们称之为家园的地方，但有关地球这一星球，仍存在着许多令人费解的未知谜团。例如，它是如何由尘埃云形成的？它是如何千方百计地滋养生命的？它的核心深处究竟在发生什么变故？英国《新科学家》杂志近期对这些有关我们居住的美丽而神秘星球的基本问题展开了调查，并发表了一篇题为“我们不知道的地球”的封面文章。这里摘译部分内容，以飨读者。
   
1  地球为何在孕育生命方面比它的“邻居”更胜一筹？
    地球在其生命的初始阶段究竟发生了什么，一直没有相关的细节。它离太阳那么近，不可能在星球形成之际使水单纯地从气体云中得到冷凝。那么，地球如何获得形成生命的水源？
    假如你环顾我们周围的太阳系，认定它的8个星球均从宇宙中完全不同的区域漂泊而来的话，那是可以原谅的。不过，它们全是在超过45亿年以前，由同样环绕着太阳的气体尘埃云所形成的。随着引力以太阳为中心对这一云团的牵扯，尘埃颗粒相互碰撞，彼此粘附，形体愈益扩大，产生了幅员更为广阔的引力场。经过撞击和融合，这些团块构筑起了我们今天所知道的星球。
    这是一幅浩大的图景，但在地球生命的初始阶段究竟发生了什么，其细节却始终是一个谜。索解这个谜团，是弄清地球何以那么适合于生命的基础。我们知道，它同太阳之间保持的距离，提供了恰好使这个星球适宜居住的热量和光照度，但仅凭这一点是不够的。如果没有碳、氢、氧、磷和硫这些繁衍生物的元素无与伦比的交融，如果星球表面没有液态水，那么生命是不可能获得进化的。从化学角度而言，地球在孕育生命的机制方面就是要比它的“邻居”更胜一筹。那么，我们是如何获得所有这些优越条件的呢？
    众所周知，不同元素是在不同的温度下从云团中冷凝而成，其程度又取决于它们同太阳的距离，我们无法确切地知道，接着发生了什么，因为地球岩石经过无数次的压缩、熔化和风雨侵蚀，不可能保留任何揭示它们如何形成的线索。由于太阳系的多数星球均遥不可及，流星便成了我们最奢侈的盼望。它们是与那些星球同时形成的，而且从那时以来，多半没有受到过什么袭扰。
    一种名叫球粒陨石的流星，在许多方面与地球构成是一致的，可见它们或许是由同样的原料所组成。然而，有一些微妙莫测的差异却很难解释。例如，球粒陨石流星中的氧同位素混合物，与见之于地球的物质并不一样。迄今无人知晓其中的奥秘，但由于氧是地球地壳中最充沛的元素，几乎构成其质量的一半，因此这是一个不容忽视的谜团。
    还有一个未知的大谜团，那就是地球如何获得形成生命的水源。既然离太阳那么近，它也许太炎热了，不可能在星球形成之际使水单纯地从气体云中得到冷凝。最为流行的解释是：水后来是在所谓的“月球大撞击晚期”，以寒冰彗星的形式，如雨点般从外层太阳系降落下来的。不过，目前尚无强有力的证据表明它就是地球的水源。
    显然，我们需要有新的洞察力，才能揭开星球如何形成的奥秘。欧洲航天局将在近期内发射升空的赫歇尔太空望远镜，可能会对这个问题提供一些回答。它将利用大小相当于哈勃太空望远镜一倍半的镜面，深入窥探太空，并借助于红外探测器，让我们前所未有地一睹正在形成新的星体和星球的尘埃云之风采。
   
2  在地球最黑暗的时代发生了什么不测？
    约在45.3亿年前，“襁褓”中的地球刚在其环绕太阳的轨道上立稳脚跟，就面临着大祸临头的厄运。我们年轻的星球，被大小相当于火星的天体斜向施以一击。撞击所掀起的瓦砾碎片，被抛掷进地球轨道以形成月球，撞击能量则提供了足以将地球表层熔化的强热高温，一笔勾销了这个星球先前的地质记录。这就在我们的知识结构中留下了显豁的缺口，对地球最初5亿年这个史称“冥古代”的最黑暗时期，几乎一无所知。
    太阳系的“纪元之初”普遍被定在45.67亿年之前；而到45.5亿年前，地球已完成了约65%的汇聚。接着在大约2000万年以后，又遇到变幻无常的天体撞击，将汽化硅送入了大气层。它经过冷凝后，作为熔岩雨而降落，按每天约1米的速度沉积为由熔岩构成的大海。地球被熔化透了，形成固体表面的过程又再度开始了。
    今天的地球地壳，几乎清一色由年代不超过36亿年的岩石所构成。因此，撞击后如地狱般的冥古代环境，已很难在地面上找见其蛛丝马迹。在留存至今的古代岩石中（约占地壳的百万分之一），大多已在热量或压力的作用下变得面目全非。但是，幸亏有被称为锆石的细微残余结晶，才使我们掌握了一些线索。
sd！zxw    在西澳大利亚杰克山发现的锆石，是地球上年代最为久远的矿物。它们由历久不衰的硅酸锆结晶所构成，含有高浓度的铀，因此根据残存的放射线量即可测定它们的年代。许多锆石即便是在年代近得多的岩石中找到的，其历史仍可回溯到40多亿年以前。它们无法昭示我们熔化的地球在冷却之际究竟发生了什么，但含氧量之高却表明它们是在水中形成的。由此可见，地球上的海洋在40多亿年前便已经各就各位了。
    要更详尽地了解冥古代，可以采取两种途径。在地球上，有步骤地搜索更多古代岩石或矿物，结合愈益改善的微量分析方法，理应会进一步提供有关地球在第二次成形时的状况的线索。其次，对月球和火星的矿物勘探，也可能揭示地球在灾难性撞击前的状况——因为构成月球的正是撞击所带来的岩石瓦砾。与地球不同的是，这两个星球都没有重新经过熔化，所以在其表面找到真正属于古代的岩石的概率还是挺大的，研究人员对此充满乐观。
   
3  生命究竟是从哪里来的？
    按照达尔文的设想，生命是在一个“温暖的小池塘”里萌芽的。在海底热液喷口的周围，结集着大片的微生物，其中不乏代谢活动原始得令人咋舌的品类，但无一靠太阳获取能量。那么，海底热液喷口是否就是生命的起点呢？或者说，它只是为生命提供了早期庇护呢？这些都构成了未知的谜团。
    姑且撇开生命搭载着流星从别的什么地方光顾地球这一遥远的可能性，我们仍然得假设：它是在地球的“青春期”从具备物理和化学条件的场所中萌生的。要确定这些条件是颇为烦难的，其主要原因在于：我们今天所生息的地球几乎没有残留下那个时代的任何孑遗。
    到目前为止，最早的生命佐证源自于距今年代已达38亿年的沉积岩。这些岩石是上世纪90年代在西格陵兰岛发现的，其中碳的重同位素比例格外低。这被认为是微生物在活动的一个征兆，因为较轻的同位素更容易穿越细胞壁，于是哪儿有细菌就向那儿积聚。
    这些岩石是在地球从形成月球的冲撞中恢复之际沉淀下来的。当时，原始海洋和大陆正在形成，但这个过程不时被一颗形体硕大的小流星所阻断，它又是频频向星球发动攻击，又是将海洋搅得翻腾不已。按照达尔文的设想，生命是在一个“温暖的小池塘”里萌芽的；几乎可以肯定，它实际上是一口热气腾腾、盛有盐水的大锅。
    这是一个与我们现在享有的条件截然不同的环境，也许，这一点是理所当然的。在现代地球上，已无从获取有案可查的“生命起源”的实例，所以，也许已不再存在恰到好处的条件。或者说，也许它正在以微弱到我们不曾留意的规模发生着。
    目前，与早期地球相似的条件，的确是依稀有迹可循。它们可以在海底热液喷口的周围找到踪影，那里的地热活动会抽取间歇喷泉似的滚烫热水，将它们灌注入大海。这些区域支持微生物的大片结集，其中不乏代谢活动原始得令人咋舌的品类，但无一靠太阳获取能量。那么，海底热液喷口是否就是生命的起点呢？或者说，它只是为生命提供了早期庇护呢？这些都构成了未知的谜团。
    另一个困难就是要彻底弄清：到底发生了什么情况，才使得无生命的化学物质通过汇聚而形成活生生的有机物。我们在这里陷入了鸡与蛋孰先孰后的两难境地：DNA（脱氧核糖核酸）要发挥作用，就必须有蛋白质，而那些蛋白质的蓝图是由DNA提供的。那么，究竟先有什么呢？最可信的回答在于：它们是通过一张在较简单的化学物质之间形成反应的网络而同时获得进化的。不少地质学家则将揭密的希望寄托于火星。那里没有板块构造来破坏沧桑巨变的佐证，还能找到可回溯到与地球上生命起源同时的沉积岩。与地球不同的是，这些岩石仍保留着生命出现前一些对化学现象的记录。
   
4  为什么地球会有板块构造？
    地球是据我们所知拥有板块构造的惟一星球。模型试验表明：要使板块构造得以正常运行，星球就必须拥有恰如其分的形体。如果太小了，它的岩石圈就会变得过于厚重；如果太大了，它那强劲的引力场就会将任何板块都挤在一起。那么，最初的板块活动是怎么形成的？
    假如没有板块构造，我们的星球就会变得大不一样。地球地壳不断周而复始的循环，为我们提供了稳定的气候、矿物和石油储藏以及化学物质平衡得足以维持生命的海洋。甚至，它还会每隔数亿年的轮回，给进化过程来一点不大不小的“刺激”。
    地球是据我们所知拥有板块构造的惟一星球。那么，当年究竟发生了什么呢？模型试验表明：要使板块构造得以正常运行，星球就必须拥有恰如其分的形体。如果太小了，它的岩石圈——地壳和上层地幔的固体部分——就会变得过于厚重；如果太大了，它那强劲的引力场就会将任何板块都挤在一起扎堆，迫使它们僵硬地陷于一端。此外，条件也必须恰如其分：构成星球的岩石应该不是太灼热，不是太冰冻，不是太潮湿，不是太干燥。
    然而，即使这些条件都一应俱全了，还有一个更至关重要的因素也是必备的。岩石圈需要以某种方式呈开裂状，这样一个板块才会沉潜到另一个板块底下去。如今，当冰冷稠密的海底滑行到更具浮力的大陆地壳下并潜入地幔的时候，我们会在许多海洋盆地的边缘目睹这个被称为“潜没”的过程。
    不过，早年的地球要比今天温暖多了。它没有一碰就破的外层地壳，而是覆盖以一种黏糊糊的物质，最初的缝隙想必就是在那里形成的。众多计算机模型曾试图模拟地壳自发出现裂缝的条件，但均以失败而告终。一种可能的解释是：灼热的地幔热柱破土而出，形成了第一个洞孔。也许，小流星或彗星才是诱因，它们在撞击地球时刺穿了粘性表层，由此建立起造就最初的活动板块的事件链。
    还有一个未知的大谜团：这种情况是在什么时候发生的？海洋地壳的记录可以说微乎其微，因为它的年代大多不够久远——海洋地壳通常是在形成于洋脊后只有2亿年时在潜没区里遭到破坏的。不过，海洋地壳曾避免潜没的佐证却为我们提供了线索。“蛇绿岩”是一种呈狭长形的古代海洋地壳，当年，它在潜没区被推移到大陆地壳的顶部而不是底部。最近的研究证明：格陵兰岛上一块据信是蛇绿岩的采样，其历史可回溯到38亿年以前——板块构造迄今最远古的提示。
    不管究竟始于何时，板块构造从此便起着塑造和重塑地球表面的作用。这个过程使水、碳和氮一再得到循环，为生命创造了美好而理想的环境。它还创造了我们在地球上发现的众多石油、天然气和矿物储藏。火山向大气层喷发着二氧化碳，构造板块在彼此碰撞，两者的结合使气候始终保持适宜居住的格局。
sdzxw    此外，板块构造还使海洋喧腾了又平息，山脉高耸了又坍塌，大陆聚合了又离散。每隔5～7亿年，板块构造还会使各大陆经过汇合而形成一个超大陆。上一次的所谓“泛古陆”，就存在于2.5亿年之前。当这些超大陆隔开地块，汇聚浅海，逐渐趋于解体时，进化就会进入一种超速状态，形成无数移居新栖息地的新物种。
   
5  地球中心到底是什么样子？
    在地球的初始阶段，这个星球只不过是一大堆垃圾，没有什么明显的结构。后来，比重最大的元素——多半是铁和少量的镍——向中心沉降积淀，形成了一个核心。这一切究竟是什么时候发生的，又是如何发生的，至今仍众说纷纭。
    谈到地球中心的构成，可以用一个字来概括：铁。然而，这并不是故事的结束。关于地球核心是什么样子，它又是如何形成的，目前尚有许多问题值得探讨。
    众所周知，地球的核心始于我们脚下2890公里处，其直径为6800公里。它由两个层面所构成：熔化的铁核心外层以及成分为镍和铁的固体核心内层，其大小约略相当于月球。在初始阶段，这个星球只不过是一大堆垃圾，没有什么明显的结构。后来，比重最大的元素——多半是铁和少量的镍——向中心沉降积淀，形成了一个核心。
    这一切究竟是什么时候发生的，又是如何发生的，至今仍众说纷纭。一种说法认为：核心是在一次如雪崩般向中心塌落的过程中骤然形成的。其他人则相信，铁是缓慢地向下汇聚而成的。在发源于地球深处的火山岩石上所测得的放射性同位素表明：核心是在地球的年龄介于3000万年与1亿年之间的某个时候形成的。截至35亿年以前，液态铁核心中的旋涡运动就已建立起一个磁场。然后，大约在15亿年前，核心的中心冷却到足以形成结晶，从而构筑起一个固体的核心内层。
    最近，围绕着核心的一个谜团被解开了。我们以前知道，地震波穿越东侧核心的速度要比穿越西侧来得快，可是谁也琢磨不出其中的原因。现在，通过模拟试验业已证实：这种情况极有可能是由液态铁在核心外层的旋涡流造成的，它将冷态物质从与地幔接壤的边界附近往下拉扯，转而粘贴到固体的核心内层上。在过去3亿年间，大部分铁涡流一直位于亚洲底下，造成核心内层东侧比西侧增大100公里左右。
    这一点可能会影响由核心外层的对流所形成的地球磁场。有些研究人员认为，核心内层增大所引起的紊流，可能会随着时间推移而削弱磁场的稳定性，也更容易导致地球南北磁极的换位。如果发生这种情况的话（正如过去曾发生过的那样），这个星球就会暂时得不到防止太阳不断发射出的载能粒子，即所谓太阳风的保护。这样一来，我们就会无从防范来自太阳风的磁粒。当然，我们的计算机系统将陷于瘫痪，生命也会因此而受到伤害。
   
6  地球的气候为什么如此稳定？
    在太阳系中，地球并非永远是惟一的水世界。火星和金星在初始阶段似乎也是水源充沛，但随着条件的变化，它们失去了海洋。那么，地球是如何设法避免类似命运的呢？
    我们的星球，气候出奇地稳定，而且始终处于一个狭小的、适于居住的范围内将近达40亿年。看来，关键还是在于板块构造、二氧化碳和海洋之间的相互作用。
    这个循环始于火山向大气层喷发的二氧化碳，它有助于地球在温室效应的作用下保持温暖。这种融融暖意使海水通过蒸发而形成云和雨。由于雨中含有溶解的二氧化碳，略呈酸性，所以它会与表层岩石发生化学反应，将含碳的矿物质溶解到水中。
    接着，这种混合物被冲刷到大海中。矿物质在那里结集，经过沉淀析出，终于在海床上形成含碳的新岩石。板块构造迟早会将这些岩石带入潜没区，二氧化碳被那里的地热烘烤得从岩石中逸出，然后通过火山返回大气层。
    事实证明，这种循环是一个极其有效的恒温器。当星球趋于暖和时，雨水就会增多，加快了排放大气二氧化碳和冷却星球的速度。当气候转冷时，则雨水减少，使火山气体在大气层中得以积聚，给星球带来温暖。
    早期的金星和火星，也有过类似的恒温器。但是，金星过于靠近太阳，极端的强热使它的恒温器不堪重负。大气层越是温暖，它所滞留的水分也越多，然后才会下雨。由于水蒸气起着温室气体的作用，因此进一步促成了气候变暖。这些因素层层加码，星球终于形成了足以使海洋蒸发的灼热。同时，金星大气层高处的太阳辐射将水分解为氢和氧，任凭轻质的氢原子向太空中逃逸。金星就这样永远丧失了水源，连同它对恒温器的任何控制。
    而火星呢，形体太小，根本无法维持它的恒温器。它的引力也相对较弱，造成大气层难以截留含有热量的气体。与此同时，既然表面体积比高于地球，核心也就会迅速冷却，既遏制了板块构造运行，又阻断了给星球带来温暖的二氧化碳源。
山东中学！网    在地球上，月球也会发挥一种附加作用，来使气候适于居住。它有助于抑制原本会使地轴剧烈倾斜的颤动。哪怕是再轻微的颤动，也足以把我们重新带回到冰川期；而与火星相比，我们一度经历过的那个冰川期就太微不足道了。
    地球上的生命，同样也在发挥作用。许多海生有机物会利用海洋中已溶解的二氧化碳，来构筑它们的外部骨骼和碳酸钙壳体。它们死亡后下沉到海床上，假以时日，又会形成新的富碳质岩石。如果大气中的二氧化碳含量升高，这个过程就会加速进行，造成更多的二氧化碳降落到海洋中。反过来，它又促使大气中的二氧化碳减少和温度下降。
    当然，如今的人类也在发挥着作用。我们通过使用化石燃料而给气候带来的变化，可能会延续数百万年之久，至少地球的这个基本恒温器应该还是能恢复控制的。不过，它也不是万无一失的。无论金星抑或火星，一度都是适于居住的所在。也许，我们应该认真记取它们的“前车之鉴”，精心呵护好地球如此慷慨提供的恒温器。
   
7  我们是否能预测地震和火山爆发？
    火山爆发和地震，是我们生活在一个由“坐立不安”的构造板块所组成的星球上的确凿佐证。由于大部分断层和火山是沿着板块边界出现的，所以，要预测它们将发生在世界的哪个地区是相当容易的。但遗憾的是，对于生活在事发地点附近的人们来说，预报何时发生却要复杂得多。
    根据近期内的动向，对地震作出长期概率预测，并不是太成问题。比方说，生活在旧金山海湾地区的人都知道，未来30年内发生大地震的概率是62%。如今，以秒为时标的短期警报也正在成为可能。最近，日本就启用了这样一种系统，目的在于让人有充裕的时间藏身或躲到桌子底下。
    毫无疑问，这一类措施是能够拯救生命的，但以星期或天为时标发出警报，对最具风险的地区实施疏散可能会更加有用。不过，即使地球按这样的时标发出警报性预兆，恐怕还没有人能对它们进行解读。
    尝试预测地震的主流方法，通常是运用某个断层的应力应变模型，根据断层上一次的活动状况作出评判，同时辅之以卫星对地面运动的测量。不少研究人员相信，地球大气层边缘的电干扰，据悉已成为多次大地震的先兆，因而也可以据此进行预测。一个简单的推理在于：导致地震的应力变化，可能会加大对岩石的压力，以至于感应出电流来。它们可能诱发氡气体释放或是改变地表温度，最终波及地球的电磁场而被卫星所检测。地震前夕断层上方的云层构成，历来也被视为一种可能的警报性预兆。
    如果说精确的地震预测目前尚任重道远的话，那么，预测火山何时爆发则正在成为可能。到目前为止，在破译警报性预兆方面取得的进展，已导致了多次成功的人员转移和疏散。例如1991年6月，在菲律宾皮纳图博山突然爆发前三个月，科学家就在其侧翼上检测到震颤。没过多久，火山开始冒蒸汽，并喷吐尘埃云团。随着其活动加剧，政府下令对6000名人员进行疏散，拯救了数千人的生命。
    并非所有的火山都会发出如此清晰的信号，但即使是最细微的征兆，现在也可能被用来预测火山爆发。2006年7月和2007年4月，海洋声响的微妙变化就被成功地用来预测印度洋留尼汪岛上富尔奈斯火山的爆发。科学家在监视海底低频地震波时注意到：当爆发迫在眉睫时，穿越岩浆库的声波就会放慢速度。根据这一观察结果，当地人提前几天就及时疏散了。
    密切关注天气变化，也能对预测起到辅助作用。阿拉斯加半岛上的巴甫洛夫活火山，在秋冬两季显得尤其活跃。一种解释是：这个时期的风暴会导致火山周围的水位上涨，将岩浆像牙膏似的挤压上来。气候变化具有类似效应是可能的。融化的冰块和上升的海平面，势必改变地震断层和火山沿岸侧翼的负荷，地震和火山爆发的风险也就会随之增高。
   
相关链接  地球恒温器
    金星和火星的气候因失去水源而变幻无常。与它们不同的是，地球犹如一个便于内在循环的恒温器。
    1.火山向大气层喷发二氧化碳
    2.二氧化碳通过温室效应使地球保持温暖
    3.温暖有助于海水蒸发而形成雨
    4.雨含有二氧化碳，略呈酸性，将岩石中的矿物质溶解于水5.溶解的含碳矿物质被冲入河流和大海
    6.矿物质经过沉淀析出，形成含碳的新岩石
    7.岩石最终潜没到地幔中，二氧化碳在那里得以释放
    8.二氧化碳通过火山重新返回大气层