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「万物起源传说」生命的起源(序):地球的演化

2020-02-17  nj200801

生命之所以能够诞生,需要诸多不同的条件,比如:能源(太阳)、大气层(原始大气)、液态水(原始海洋)等等,但诸多条件最终要有一个载体,那就是地球

作为生命的摇篮,地球也是我们最熟悉的所在。然而,人类认识地球这件事情本身,却也历经了艰辛。

「万物起源传说」生命的起源(序):地球的演化

因为没有人知道熔岩遍布的原始地球真正的样子,我们也无法想象长达几百万年的暴雨是一种什么场景,人类短暂的寿命在数十亿年的时光面前几乎无法跨越

“沧海桑田”是如何实现的?陆地真的在移动么?地球是如何演化至今的?

这些疑问最终指向了三大科学核心范式之一:板块构造论。(另外两个是:宇宙大爆炸理论、生物进化论)

「万物起源传说」生命的起源(序):地球的演化

人类是如何认识地球的?

在遥远的古代,人类对于地球本身的认识是非常有限的。人们能够探索的区域和工具都十分有限,以至于远远不能揭示出地球的全貌。

15世纪末到16世纪初,大航海时代带来的地理大发现,人类终于开始对整个地球逐渐认识了起来。新的航线,新的大陆、海域以及物种,一下子涌入了人们的视野。于是人们开始描绘整个世界

「万物起源传说」生命的起源(序):地球的演化

那么,世界为什么是这个样子的呢?

1596年,荷兰绘图师亚伯罕姆·奥特柳斯指出:美洲大陆可能是由于地震和大洪水而被迫与欧洲和非洲大陆相“分离”。1620年,英国哲学家弗朗西斯·培根指出:大西洋两岸海岸线的完美契合绝对不是一种偶然。此后的200年中,陆续又有一些博物学家、地理学家提出相似猜测。

19世纪早期,德国地理学家亚历山大·冯·洪堡证明了巴西的岩石与刚果是类似的。与此同时,旅行在各个大陆的博物学家们也注意到了南美洲和非洲存在相同类型的海洋生物和爬新动物,并且还有一些化石发现开始揭示出欧洲与北美洲动植物化石的相似性。人们开始想象:会不会曾经有若干连接几个大陆的桥梁存在过呢(陆桥理论)?

「万物起源传说」生命的起源(序):地球的演化

1885年,奥地利地质学家爱德华·瑟斯在《地球面貌》一书中,首次提出:在遥远的过去,地球上所有的大陆被挤压成南北两个超级大陆。然而这一理论由于缺乏足够的证据,被地质学界拒绝接受。

1910年,德国气象学家阿尔弗雷德·魏格纳偶然发现大西洋两岸的轮廓极为相似,进而注意到了大西洋两岸相同的动植物化石发现,他认为,如果像中龙这样的古代爬行动物能够横穿海洋(无论是游泳还是通过“陆桥”),那么它们也会在更多的地方被发现,而事实并非如此,那么发现中龙化石的两个大陆肯定是曾经结合在一起的。

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作为一名气象学家,魏格纳通过梳理大量化石资料,发现了地质历史上气候剧烈变化的证据,这些证据表明如今的大陆是从更冷的纬度漂移到当前位置的。由于北半球同期存在热带沼泽,全球气候变冷的可能被消灭,那么可以推论:南方大陆曾经联结在一起,并且位于南极附近。1915年,魏格纳在《大陆和海洋的起源》一书中提出了激进的大陆漂移假说(三部曲之一)

遗憾的是,由于受当时科技水平和认识水平的限制,大陆漂移说也未能正确说明大陆漂移的动力机制,未能提供大陆拼合的最佳方案。因此在发表之初并未受关注,继而在当时学术界引起很大争议,并被视为是一种荒唐的臆想。1930年11月,随着魏格纳本人在寻求证据的科学探险中献身于格陵兰雪原,大陆漂移说一度陷于沉寂。

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然而真理并不随着伟人的逝世而消亡。

1928年,苏格兰地质学家亚瑟·霍姆斯指出:大陆或许是由于地幔中炽热的、半熔融的岩浆流动而发生了移动。随后,美国地质学家戴维·格里格斯证明,在足够大的压力和极端高温下,固态的岩石会流动。而瑞士地质学家埃米尔·阿尔冈则认为,或许可以用大陆之间的碰撞来揭示阿尔卑斯山区褶皱的地层。

20世纪50到60年代,大量发现促使大多数科学家承认:魏格纳是正确的。

第一个证据来源于古地磁学,研究表明,在地球历史上,曾经出现过不同的古地磁磁极,把北美的磁极移动路线与欧洲的磁极移动路线相比较,二者非常相似,只是纬度上相差30度,假如两者曾经结合在一起,那么磁极移动就得到了最好的解释。

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第二个证据来源于声呐技术,二战之后海洋学家利用声呐来探测海底,绘制“海底地图”,揭示出了横贯地球海洋深处的巨大海岭火山体系。其中发现最早的就是中央海岭,它延绵58000公里,继而在大西洋发现了一条巨大裂谷(海沟),其长度与中央海岭相当(平行)。随着更多的海岭和海沟的发现,表明了地壳在很深的地方曾经被有力地撕开,同时发现的还有海底深处的强烈热流和火山活动。

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1960年,美国地质学家哈里·赫斯提出了海底扩张理论(三部曲之二),他认为:来自地幔的熔岩从板块间涌出来,形成新的海底,原先的海底逐渐远离海岭,更远处的地壳则被吸入地球内部,这也解释了为什么从未发现比1.8亿年更久远的海洋地壳。这一理论迅速引起大量的争议。

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1963年,英国科学家F.J.瓦因D.H.马修斯用地磁场极性的周期性倒转的地磁反向周期特征,对印度洋卡尔斯伯格中脊和北大西洋中脊的洋底磁异常特征作了分析。他们认为,如果海底扩张理论属实,那么磁性颠倒现象就会建构一种关于正常磁性带和颠倒磁性带(从海沟体系两侧向远处辐射)的模式,那么海岭山脊两侧的磁性带就会互为镜像,而考察的结果展示出了非常对称的交替磁极模式——与预测完全一致。

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1965年,加拿大物理学家和地质学家J.T.威尔逊提出了转换断层的概念,使岩石圈水平位移成为可能,为板块构造论提供了最后一块拼图。他的假说对来自海洋学、地球物理学、地质学和古生物学等领域貌似毫无联系的大量观察作出了统一解释,1968年,这一假说成为了今天著名的板块构造理论(三部曲之三),成为理解绝大多数基本地质进程的一把钥匙。

板块构造理论认为:地球的岩石圈不是整体一块,而是被地壳的生长边界海岭和转换断层,以及地壳的消亡边界海沟和造山带、地缝合线等一些构造带,分割成许多构造单元,这些构造单元叫做板块

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全球的岩石圈分为亚欧板块、非洲板块、南美洲板块、北美洲板块、太平洋板块、澳大利亚-印度洋板块和南极洲板块,共七大板块。其中太平洋板块几乎完全是在海洋,其余六大板块都包括有大块陆地和大面积海洋。大板块还可划分成若干次一级的小板块。这些板块漂浮在“软流层”之上,处于不断运动之中。

一般说来,板块内部的地壳比较稳定,板块与板块之间的交界处,是地壳比较活动的地带,地壳不稳定。地球表面的基本面貌,是由板块相对移动而发生的彼此碰撞和张裂而形成的。在板块张裂的地区,常形成裂谷和海洋,如东非大裂谷、大西洋就是这样形成的。在板块相撞挤压的地区,常形成山脉。当大洋板块和大陆板块相撞时,大洋板块因密度大、位置较低,便俯冲到大陆板块之下,这里往往形成海沟,成为海洋最深的地方;大陆板块受挤上拱,隆起成岛弧和海岸山脉。太平洋西部的深海沟和岛弧链,就是太平洋板块与亚欧板块相撞形成的。在两个大陆板块相碰撞处,常形成巨大的山脉。喜马拉雅山脉就是印度板块在向亚欧板块碰撞过程中产生的。

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板块构造理论已被用来解释火山、地震的形成和分布,以及矿产的生成和分布等。而关于板块运动的动力机制,一个倾向性的观点是:由于早期地球所遭受的陨石撞击、地球内部放射性物质发生衰变、引力导致内部压力等多种因素,导致了地球内部热量的分布不平衡,进而作用在板块上成为推动板块运动的动力。

不难看出,板块构造学说是在大陆漂移学说海底扩张学说的理论基础上,又根据大量的海洋地质、地球物理、海底地貌等资料,经过综合分析而提出的学说。因此有人把大陆漂移说海底扩张说板块构造说称为全球大地构造理论发展的三部曲。

于是,我们看到了今天的地球。【本节完】

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