人与自然 系列丛书-第5节

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807人。从东京到横滨，575000间住房遭到地震毁坏。　
　　地球上已知的活火山总数为455座，外加海底活火山约80座。印度尼西亚是活火山最集中的地方，根据人的记忆，那里167座火山中有77座喷发过。　
　　地球上火山喷出的“火山灰”，每年有66000万立方米。　
　　地球上每年有160亿立方米的泥沙被河流冲进大海，因而使三角洲或陆地逐年延伸。　
　　一年的变化，在人类的历史长河中，虽是微不足道的，但从这些惊人的数字来看，又是巨大的。




地球的年龄之谜　
　　地球诞生于何时？什么时候开始分成地壳、地幔和地核的？生物圈、大气圈和水圈有多少岁了？保护地球上一切生命的磁屏障又有多少岁了？要弄清这些问题是不容易的，何况这一切都属于极其遥远的远古时代。　
　　有没有能够探测在几十亿年前的远古时代所发生事件的信号、类似强大的天文望远镜的“望远镜”呢？有，大自然创造了一个向导，这便是独特的地质钟（说得更确切些，甚至可说是宇宙钟），它将人类带往神秘的地球童年迷宫。这是一种基于放射性元素衰变规律的钟。一种元素的同位素在失去了某些粒子后，会魔术般地具有其他元素的性质，这就是衰变。取一块岩石，我们便能定量地确定其中的“母”物质和“子”物质，以及估计衰变的时间——岩石的年龄。岩石还有一种更奇妙的性质：每种元素都以它自己独特的、互不重复的、均匀的特征速度发生衰变，而与时间、压力、温度统统有关。　
　　这样的“钟”走得相当准，更兼有几种“牌号”可供选择：铷一锶“钟”（半衰期488亿年），铀238—铅“钟”（半衰期45亿年），钾40—氩“钟”（半衰期12亿年），最后是记载最近年代的“碳”钟（半衰期5千万年）。　
　　地球有多少岁了？原则说来，根据地球岩石显然是绝不可能知道的。最古老的岩石没有保存下来，地球深处的高温使它们熔化了，于是记录地球青年时代的痕迹也消失了。现在能看到的最古老的化石要算在格陵兰找到的花岗闪长岩，达37亿年。但这种岩石是第二代的变质岩。　
　　陨石是一种不变的“宇宙化石”。各种“牌号”的钟确定各种陨石的年龄很一致，都为45。5亿年，可将它作为地球的年龄。　
　　近年，飞船从月球上带回一些40亿年前硬化的月面土壤样品，它的年龄是45。5亿年，与陨石的资料是一致的。正是这种生成于远古时代的宇宙岩石向人类传递了地质学的接力棒。　
　　同位素地质年代学可使人类看到更遥远的古代，即看到处于核合成的时代的行星“胚胎”状态。　
　　加利福尼亚大学教授林纳德做了一个重要的实验，表明陨石里出现的部分惰性气体氙129是曾在某个时期存在过的放射性碘129的衰变产物（后来在地球大气中也发现了这一点）。今天这种碘同位素已不复存在，要知道它的半衰期只有1700万年。氙129的发现意味着陨石和地球是在核合成后的几百万年内形成的。可见，地球“胚胎”的产生并不比地球诞生早很多时候。　
　　更奇妙的是陨石、地球岩石和月岩样品中各种元素的同位素的比例是相同的。这说明它们都在同一个核“锅”里“煮”过，并在“盛”到行星这个“碗”里以前就已经过了许多次的混合，碘129“记录”到的最后一次太阳系爆发可能与邻近太阳的超新星爆发有关。在超新星产生的可怕冲击下可能开始了原始星云的收缩——这是未来产生行星的必然标志。　
　　原始星云在微观上是绝对均匀的，还是由微米大小的、已有各种化学成分的粒子组成的呢？这是物理学家和行星学家们争论的焦点。但不论哪种情形，地球具有球状特征——分层结构则是后来才有的。那么就要问：这发生在什么时候？地核又有多少岁了？这可根据有剩余磁化的岩石的年龄来确定，这种剩余磁化形成于岩石硬化之时。岩石中的基本磁场随当时的磁极方向的变化而转向，并记下了磁场强度。人们假设：一个磁场可通过地球液态铁核内的物质流动而建立。最古老的剩余磁化岩石——辉长岩，是在非洲找到的，它的年龄达26亿年。这表明地磁场和地核在那时便已存在。有人认为地磁场出现得还要早些，约36～37亿年前，因为这种年龄的变质岩也发现有剩余磁化。总之，地核出现在很早的地球婴儿时代。这与登月飞船的月球上带回来的月岩是一致的，30亿年龄的月岩和古剩余磁化有很高的对应磁化强度，与今天的地磁场强度差不多。　
　　地核的出现既可能是行星成熟的标志，也可能是大气产生的标志。日本有一教授认为大气产生得很早，并且是以爆炸的方式突然产生的。他仔细地研究了大气和金刚石中的同位素氩40和氩36，得出地球大气是在40～35亿年前从地球熔岩中释放出来的结论。最初的大气是由二氧化碳、氮和水汽组成，这种大气层很薄，太阳风和紫外线可以穿过它到达原始土壤上，引起化学变化，产生有机物。如果在原始大气中还有一氧化碳，那么原始暴风雨的闪电也会合成出珍贵的未来生命胞籽，并靠氧气维持。它的出现同样属于遥远的前寒武纪。在古老的沉淀物中发现了“有机”碳，这意味着发现了生命的痕迹。因此，由于生物的光合作用，早在35亿年前地球大气中就出现了氧气。　
　　最后，地球物理学家还必须重视地球化学中有关地幔和地壳交换质量的新资料。用质谱仪测定各种年龄的火山玄武岩样品（从地幔流出的），得到同位素锶87和锶85的含量比。锶87是放射性铷87衰变来的，所以由这种同位素含量比可以知道铷——锶系列有没有被封闭，以地幔迁移到地壳的元素是“母”元素还是“子”元素。看来这种迁移确实发生了，而且迁移的是铷。原因在于铷有较大的电离半径，于是它比锶更快地占据了岩浆中的“空隙”，然后通过炽热的火山被带到地面上。由此可推出一个重要结论：现代地壳完全不是地球早期发展阶段产生的古代地壳重新结晶的产物，而是发生在整个地球史阶段，由来自地幔的物质逐渐形成。　
　　地球学的复杂性还在于研究者的有限生命，与地球内部发生的过程相比短得不可思议。在这种条件下根本不知道用外推的办法是否可靠，而实验室里的物理化学方法也显然是不充分的。对地球学而言，比较可取的一种方法当推行星比较学。选择处于不同发展阶段的行星“样品”，这样便能更好地认识地球。　
　　过去通常认为地球的年龄为150亿年。德国波恩大学的两位学者最新研究的成果表明，宇宙诞生至今已有300亿年。




地球上最大的伤疤之谜　
　　在地球表面上，没有比东非大裂谷更奇异的地方了。这里就像被人用刀深深地划开一长条口子。你在地图上很容易找到这条“伤痕”。广义的东非大裂谷，从靠近伊斯肯德仑港的南土耳其开始往南，一直到贝拉港附近的莫桑比克海岸。水注进那些割裂最深的“伤口”，形成了40多个与众不同的条带状或串珠状湖泊群。亚洲部分包括约旦河谷和死海，通过红海登上非州大陆，到达图尔卡纳湖以后，分为两支，环抱非洲最大的维多利亚湖继续南下，在马拉维湖北岸又合而为一。裂谷跨越50多个纬度，总长超过6500公里，人们称它是“大地脸皮上最大的伤疤”。　
　　未被湖水占据的裂谷带，表现为一条巨大而狭长的凹槽沟谷，宽度50公里左右。两边都是陡峻的悬崖峭壁，高差达数百米至千米以上。谷底同断崖之间是两条平行的深长裂隙。裂隙深达地壳底部，自然成为地下的炽热岩浆喷出的通道，因此，裂谷带也是大陆上最活跃的火山带和地震带，总共拥有10多座活火山和70多座死火山。结果就出现了悬殊不同的奇异的地貌形态：一方面是非洲大陆上地势最低的深沟，有几个湖泊的水面甚至低于海平面：吉布提的阿萨尔湖面高程为—150米，是非洲大陆的最低点；亚洲的太巴列湖面，海拔为—209米；死海—392米，是世界上湖面最低的地方。还有几个湖泊的深度，也是创世界纪录的。坦噶尼喀湖深1435米，马拉维湖深706米，分别列为世界第2和第4深湖。如果把湖水抽干，它们的湖底将分别低于海平面653米和243米。　
　　另一方面，沿裂隙涌上来的熔岩流，构成裂谷两岸宏伟的埃塞俄比亚高原和东非高原，前者海拔2000～3000米，为非洲最高部分，素有“非洲屋脊”之称。高原面上还遍布高大壮观的火山锥：乞力马扎罗山海拔5895米，夺非洲高峰之冠；肯尼亚山海拔5199米，屈居第二。雪峰与碧波相互映照，显得格外神奇。　
　　大裂谷也是矿藏丰富的“聚宝盆”。沿火山口断层裂隙涌出来的熔岩，从地壳深处带上来大量铁、铜等金属元素，富集成矿。裂谷这深厚良好的沉积环境，又为石油、褐煤、石膏等沉积矿床的形成，创造了极为有利的条件。　
　　那一连串湖泊，大都是咸水湖，还有取之不竭的食盐和纯碱等。特别引人注目的是60年代在红海裂谷底部，发现三个奇异的高温“热洞”，涌上来的热卤水富含卤素和铁、锰、铜、锌等各种金属元素。初步的分析表明，热卤水沉积物中的金属矿的总储量高达上千万吨！另外，裂谷地区普遍蕴藏着丰富的地热资源，仅埃塞俄比亚境内就有500多处高温的温泉和喷气孔。单单把吉布提阿法尔三角区的地热资源全部开发利用，其发电量就足够整个非洲使用。　
　　裂谷区大部属稀树草原或半沙漠地带，地势开阔，人烟稀少，那些大小湖泊也是热带动物赖以生存的宝贵水源，因此大裂谷便成了珍禽异兽的乐园。许多国家在这里开辟自然动物公园和野生动物保护区。旅客必须坐在汽车里，才能安全地观赏野象、狮子、河马、羚羊、长颈鹿、驼鸟等的生活。　
　　人类也离不开水源，东非大裂谷也是已知的古人类的最早发源地。英国人类学家李基夫妇在坦桑尼亚奥杜韦峡谷，经过28年艰苦工作，终于在1959年发掘到175万年前的东非人头盖骨。此后，人们又在坦桑尼亚、肯尼亚和埃塞俄比亚境内的大裂谷中，找到更多更古的古人类化石，最早年龄定为350万年前，这是世界上已知的人类最早的老祖宗了。　
　　人们总是在东非大裂谷中不断发现一些意想不到的惊人事实。过去一向认为，碳酸盐岩仅是沉积岩的一种，但在60年代初期，就在东非高原的裂谷带中找到好几个碳酸岩火山。　
　　有人在研究肯尼亚裂谷时注意到，两侧的断层和火山岩的年龄，随着离开裂谷轴部的距离而不断增大，证明这里是一条大陆扩张的中心。根据美国“双子星号”宇宙飞船测量，红海的扩张速度是每年2厘米；在非洲大陆上，裂谷每年仅加宽几毫米至几十毫米。　
　　人们还能直接看到地壳撕裂的场面。1978年底，阿法尔三角区的阿尔杜科巴火山，在几分钟内平地突起，把非洲大陆同阿拉伯半岛又分隔开1。2米。　
　　科学家们认为，红海和亚丁湾就是这种扩张运动的产物。如果照这样速度继续下去，再过几亿年，东非大裂谷就会越裂越开，“分娩”出一条新的大洋，它将无情地把东非国家同非洲大陆一分为二，完全分隔开来，这将是一个多么奇异的时刻呵！




地球上生物进化之谜　
　　目前，我们只发现太阳系中存在生命。太阳系仅仅是银河系中的一个行星系统。银河系中有16亿个带有行星的太阳系。然而在宇宙中为人们可观察到的那部分，大致有1000亿个星系。换句话说，产生生命的可能性在宇宙中是无限的。　
　　曾有一段时期，不少科学幻想小说把遥远星球上的动物描绘成光着身体、头上长角的怪物；或把昆虫描述成为会独立思考的生物。。。对这些问题，美国学者比林斯基认为，在宇宙无数的行星中，最早是在地球上出现了生命。如果，产生生物机体的原始物质到处都是一样，并且，地球上和地球外的生物机体有着类似的生化结构，那么，他们发展的道路应该是相同的。　
　　整个宇宙的生命进化也应该在平行的路线上。　
　　早在100多年前，查理·达尔文奠定了生物进化的基本规律：生命总是从低级向高级发展的，这个过程是在偶然突变和必须适应周围环境的相互作用下发生的。　
　　地球上的生命是从单细胞向多细胞不断发展的，然后向鱼类、爬行类、鸟类、哺乳类等动物进化，最后进化为人类。这均在自然选择的基础上实现的。谁不能适应外界生存的条件，谁就断绝了发展的道路。