怎样知道地球的过去

Question

如题所述

Answer 1

上面概述了地球的生平。大家心中不免会有这样的疑问:那些发生在亿万年以前的往事，你们是怎样知道的?别说亿万年前，千百年乃至几十年前的往事，如不作记载，也容易湮灭无闻。地球形成以后，过了40多亿年才有人出现，有谁去记录它的历史?

是地球自己，地球的历史就记录在那些岩石之中。

几乎在1000年前，中国学者沈括(1031～1095)最早在《梦溪笔谈》中对于地球表面的许多自然现象进行了科学的解释。例如，他谈到了流水的侵蚀与沉积作用，推断华北平原表面的泥沙是由西部山区经过河流搬运而堆积下来的;他还根据太行山山崖间所见海生螺蚌化石推断现在距大海约千里的该地在古代曾经是海滨;他是我国首先认识并命名“石油”的人。许多岩石是泥沙在水下堆积形成的，它们被称为沉积岩(sedimentary rock)，成层出现是沉积岩的特征。那岩石中的螺蚌壳，是地质学中所说的化石。化石是生物的遗体或遗迹，因为生物死后如果是被泥沙迅速掩埋，并处在水下与氧气隔绝的环境中，便有可能不至于完全腐烂，生物的介壳或骨头被水中的矿物质逐渐渗透取代，变得坚固并仍保留原来的形态，成为岩石中特殊的成分———化石(fossil)。

宋朝沈括之后400多年，意大利著名的艺术家、知识渊博的学者达·芬奇(L.daVinci，1452～1519)也做出了自己的判断:亚平宁山脉上发现的海生介壳化石，本是生活在海滨的生物，是河流带来泥土把它们掩埋，并且渗入到它们的内部。他还推论，后来这里的地势升高，所以这些海洋生物的遗体就会出现在山上。沈括和达·芬奇都认识到了今日的山可以是过去的海，山野间的岩层就是地球历史的遗迹。1669年，出生于哥本哈根的斯泰诺(N.Steno，1638～1686)更总结出在这些岩层之间，存在着如下的规律:沉积岩层在形成后，如未受到强烈地壳运动的影响而颠倒原来位置的话，则应该是先沉积的在下，后沉积的在上，保持近于水平的状态，延展到远处才渐渐尖灭。这就叫地层层序律(law of superposition of strata)。它使我们能通过那些似乎是杂乱无章的岩层，辨认出地球史册的先后生成次序。岩层在这里有了时间的意义，形成了地质学中的一个重要的基本概念———地层(stratum)。地层是具有时间意义的岩层或岩层的组合，每一段地层都代表着一定的时间。这里面不仅指成层的沉积岩，而且也包括了一切产出于这段时间的其他岩石。如果没有将时间和空间统一起来认识的观念，就谈不上认识地球的历史。不同时期形成的地层，依据其所代表的时间长短，可划分为宇、界、系、统、阶等地层单位，它们与地质时代中的宙、代、纪、世、期的时间上下限相同，即在“宙”这段时期形成的地层称为“宇”，在“代”这段时期形成的地层称为“界”，以此类推。地质年代表(表21)，就是时间与空间结合为一体的表现。

“譬如积薪，后来居上”，中国古代贤哲早就有了这种认识，遗憾的是，仅将它用来说明人和事，并不用它去观察山野间的岩石，他们甚至也未想到过需要对自然界做些什么观察。因为“天下之物本无可格者，其格物之功，只在身心上做”;因为“岂但禽兽草木，虽天地也与我同体，鬼神也与我同体”。这就是说，只要坐在那里冥思苦想，一切问题都可以从自己内心找到答案。在西方建立的地质学传来以前，中国的学者再没有人超过沈括的见识。西方后来居上了，英国人赫顿(J.Hutton，1726～1797)根据自己在野外考察的实际经验和前人的认识，把时空统一的地质思维形象地表述为“在地球现在的构造中，可以看到旧世界的废墟”(《地球论》，1785)。他告诉人们，地球上过去的一切变化都是由现存作用的缓慢活动所形成的。后来赫顿的同胞，莱伊尔(C.Lyell，1797～1875)用更丰富的事实论证和阐明了这条被概括为“将今论古”的定律，或称现实主义原理(Actualism)，他的名言是:“今天是认识过去的钥匙”。他的巨著《地质学原理》使地质学真正成为一门科学，登上历史的舞台。现实主义原理是地质学(研究地球演化历史)所特别重视的思维方法。

表2-1 地质年代表

注:此表主要依据InternationalCommissiononStratigraphy，UNESCO＆IUGS，2004;国际上有些学者建议把第四纪并入新近纪，此表暂保留之;元古宙的划分按照国内的方案。

有了地质学这个武器，记录在地球自己身上、过去不为人知的历史，便一点一滴地被揭示出来了。地层中岩石的物质组成状况，即它们的岩性和岩相，也可以告诉我们当初所处的环境。今日河流搬运泥沙入海，是从粗到细，由近及远，先后有序地沉积。据此推知，今天地面上同一地区同一组地层中出现的岩石组成物质由粗到细的变化，正勾画出当时沉积时水的深浅和离岸远近。根据今天的变化，可以在岩层中找到过去留下的痕迹，连当初“浪翻湖底、风成沙丘、土地龟裂、雨打沙滩”，都有迹可寻(图2-2)。

不过，仅仅从岩层本身的性质和位置的上下顺序来解读地球的历史，显然是不够的。因为，并不是任何时候、任何地方都有沉积物在堆积，而且旧的岩层还在受到破坏并被搬走，历史上这种情况很多。因此我们在一个地区看到的地层，不可能留下所有时期形成的完整记录，只能将世界各地分布的地层拿来对比，才能拼凑出一个比较连续和完整的地层系列。我们还要看到，在岩层形成以后，还会有变动，而且有时会很强烈。原来近于水平的地层会变得歪歪扭扭，或者发生断裂错动，离开了原来的位置。

图2-2 波痕(A)、风成交错层理(B)、泥裂(C)和雨痕(D)

怎么样才能把这部被搅乱了的地球史册整理清楚呢?化石对于时代相对先后次序的确定，能起到关键性的作用，有它独特的优越性。因为生物的发展总是从简单到复杂，从低级向高级不断进化的，这被称为生物演化的进步性，同时生物演化还具有阶段性和不可逆性。只要能认出形成化石的生物，就可以同其他地层中的化石比较，以确定其先后次序。自学成才的英国运河工程师史密斯(W.Smith，1769～1832)，在开凿运河的过程中获得了大批化石，经过他的整理研究，发现每一地层都有其特定的化石，他据此制定出世界上第一张系统的地层表，不仅使英国地层层序得到科学的整理，而且对欧洲地层的划分也很有参考价值。从此，又多了一个化石层序律(law of fossil of sequence)来帮助我们查考地球的历史。

化石不仅对确定层序有用，而且也能反映出当时的环境状况，如现代珊瑚喜欢温暖清澈的海水，寒冷地区的动物长有厚厚的长毛;因此，含有珊瑚化石的地层，不会形成于寒冷地带，披着长毛的犀牛和大象化石的出现，说明它们当时的生存环境不会像今天非洲那样炎热。而古代形成的石灰岩中含有大量藻类化石，有力地证明了这些石灰岩是形成于海洋之中的。海洋中的生物，一般不会跑到陆地上的淡水湖中变成化石;陆地上才有的植物化石，一般也不容易在古海洋地层中找到。

古生物学研究的成果为地层的划分提供了强有力的支持。精通解剖学的法国古生物学家居维叶(D.G.Cuvier，1769～1832)在研究了大量动物器官的构造与机能以后，发现各种形态的动物机体都是一个统一的体系，这个体系的每个局部在构造和机能上都是互相适应的，因此了解局部就能推知其整体。居维叶这个“器官相关律”使我们能够就化石保存的动物残骸来推定它的身体结构和习性，重新塑造出它原来的形象，从而对地球历史上的环境与生命的活动得到更多的了解。他也注意到化石与地层的密切关系，认为“如没有这种关系，我们就决不会想到在地球的形成过程中曾有过前后相继的时期”。他的工作对地质学的发展起到了积极的促进作用。

因此，化石的价值是不可以用金钱来估量的，我国国务院早在1956年4月2日就颁布了法令禁止买卖“龙骨”，即脊椎动物化石，对化石进行保护。近年来又做出了更全面细致的规定。

Answer 2

新地球演化史
地球演化史是地球科学的基础，地球演化史搞不清楚，地质学、气象学、海洋学、天文学等就不可能搞清楚，恐龙灭绝之谜、百慕大三角之谜、通古斯大爆炸之谜等就不可能破解。
地球膨裂说提出的新的地球演化史认为，137亿年前宇宙星因内部核聚变发生爆炸，飞出许多熔融的火球，银河星就是其中之一；136亿年前，银河星因内部核聚变发生爆炸，飞出许多熔融的火球，太阳就是其中之一；46亿年前太阳因内部核聚变发生爆炸，飞出许多熔融的火球，地球就是其中之一。
地球膨裂说认为，46亿年前，太阳系是原始太阳爆炸形成的。太阳因内部的核聚变而发生爆炸，飞出许多熔融的火球，这些熔融的火球冷却后形成了行星、小行星、卫星、月亮和慧星，地球就是其中之一。一些大的火球在冷却的过程中，由于受到表面张力的作用，形成了球形。一些小的火球来不及收缩成球形，而冷却成了不规则的形状，形成了火星和木星间的小行星带、小行星。一些小一点的火球在飞离太阳时由于离大火球较近而被“俘获”，形成了大火球的卫星。
46亿年前地球形成之后地球温度5800摄氏度，地球温度逐渐下降，地球逐渐收缩，体积变小，自转速度越来越大。
40亿年前，地球温度降至400-700摄氏度，岩石圈形成。46亿年前地球形成之后熔融的地球在万有引力的作用下，铁、镍等重的物质下沉向地心集中形成地核，镁、铝、上浮，40亿年前，因为地球温度逐渐降至400-700摄氏度形成了封闭的岩石圈，因为花岗岩岩浆的密度最小，玄武岩岩浆的密度次之，因此，封闭的岩石圈是由上层的花岗岩和下层的玄武岩构成的，氮、氢、氧轻物质等形成了大气圈。这时的地球体积最小，自转速度最大，1天6小时，1年1460天，地球的半经是现地球的1/2。因为岩石圈封闭了地球，地球内部放射性物质衰变释放出的热量散发不出来，造成岩石圈内部的温度增高，压力逐渐增大，地球开始膨账，地球体积变大，自转速度开始变小。但地球外部的温度还在逐渐下降。因为岩石圈的温度低于居里温度（400——700摄氏度），岩石圈又含有铁磁性物质，所以具有磁性。岩石圈下部是熔融的物质，温度高于居里温度，因此不具有磁性。因为太阳的磁场遍布整个太阳系，太阳的磁S极位于太阳的地理南极，地球又是由铁磁性物质形成的，所以地球岩石圈在太阳磁场的磁化下，在地球的地理南极，形成了和太阳磁S极相反的磁N极，这时地球形成了磁场。这时的地球比较均匀，表面平坦。这时的地球自转轴垂直于黄道面，地球没有四季之分。
39亿年前地球的温度降到100摄氏度沸点以下，海洋形成，这时的洋底是花岗岩形成的。太阳的表面温度5800摄氏度，组成太阳的物质大多是些普通的气体。太阳的气体成分：氢 73.46%、氦 24.85%、氧 0.77%、碳 0.29%、铁 0.16%、硫 0.12%、氖 0.12%、氮 0.09%、硅 0.07%、镁 0.05%。太阳色球是等离子体层，日冕是太阳大气的最外层。日冕中的物质也是等离子体，它的密度比色球层更低，而它的温度反比色球层高，可达上二百万摄氏度。因为太阳色球是等离子体层，日冕中的物质也是等离子体，所以氢、 氦， 其它元素都以离子状态存在。当太阳爆炸，熔融的地球从太阳飞出时，便携带了大量的氢、 氦， 其它元素。39亿年前地球的温度降到100摄氏度沸点以下，大气层中的水蒸汽凝结成水珠降回地表形成海洋。这时的海洋覆盖整个地球，深度1.2万米，因此说地球上的水来自太阳。
38亿年前，生命在海洋中诞生。
8亿年前，海洋还覆盖着整个地球，海水深度2000米。地球的气温逐渐降至摄氏零下50度，大陆上的海水全部结成冰，海上的冰层也有1公里厚，海洋生物只能在更深的海洋中生存，这就是“雪球地球”时期，这也就是“雪球地球”的形成原因。8亿年前由于地球内部的放射性物质不断衰变放出热量，内部压力逐渐增大，岩石圈开始膨裂，山脉开始形成，岩浆喷出，地球气温开始升高使寒武纪生命大爆发，冰川开始融化造成冰臼，这也就是“雪球地球”的融化的原因。8亿年前海水开始从大陆上退却，流入岩石圈裂缝，岩石圈开始露出海面形成大陆，最早的大陆形成了，最早的陆相沉积层形成了，最早的陆生生物出现了，地球开始有地震发生。这时地球开始相对地球自转轴每年倾斜0.47角秒，14.2米。因为白天太阳照射太平洋和印度洋的宽度为20000千米×每年增加的宽度14.2米，每年北半球的海洋面积增加为280平方千米。
目前世界上发现的最早的8亿年前的陆相沉积层，是我国地质学家李四光在长江三峡发现的莲沱组。既然陆相沉积层最早是8亿年前的，这说明8亿年前海洋海覆盖着整个地球，所以大陆上不可能形成8亿年前的陆相沉积层。只有海洋开始从大陆上退却之后，大陆上才可能形成陆相沉积层。发现最早的8亿年前的陆相沉积层，这证明海洋是8亿年前开始从大陆上退却的。寒武纪以后石油开始形成，石炭纪以后煤炭开始形成。
2亿年前，由于地球内部的放射性物质不断衰变，释放热量，地球内部压力不断增加，地球发生了大的膨裂，岩浆喷出形成玄武岩洋底，地球进入快速膨胀期，地球表面积每年增加1.81平方千米，自转速度每年慢0.5秒。岩石圈膨裂露出海面的大陆形成了七大洲，海水流入岩石圈裂缝形成了四大洋。
6500万年前，地球发生最后一次大膨裂、最后一次大的造山运动，岩石圈彻底露出海面，大陆彻底形成了。海水最后一次从地球上彻底退出流入海洋，以后大陆上再不能形成海相沉积层了，海洋彻底形成了。这时地球自转轴开始每年倾斜0.0013角秒，0.004米，使北回归线每年北移0.0013角秒，0.004米，地球有了明显的四季之分，恐龙灭绝了
因为地质年代是根据物种灭绝划分的，物种灭绝又是地球膨裂形成的，所以从地质年代可以看出，从震旦纪到第三纪共11个地质年代，地球共发生11次较大膨裂，（其中有5次大的膨裂）。地球每膨裂一次就形成一次造山运动，体积就增加一次。这也就是说，地球膨裂了11次，形成11次造山运动（其中有5次大的造山运动），海洋从地球上退却11次，物种因缺水灭绝11次（其中有5次大灭绝），岩石圈露出海洋的面积增加11次。
作者：赖柏林