作者：代兵
出版社：安徽人民出版社
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自然密码试读：
前言
茫茫宇宙，浩浩人海，真是无奇不有，怪事迭起，许许多多的难解之谜和科技神奇奥妙无穷，神秘莫测，使我们对自己的生存环境捉摸不透。
人类社会和自然世界是那么丰富多彩，使我们对于那许许多多的难解之谜和科学现象，不得不密切关注和发出疑问。人们总是不断地去认识它，勇敢地去探索它。虽然今天科学技术日新月异，达到了很高程度，但对于许多谜团还是难以圆满解答。人们都希望发现天机，破解人类的谜团。古今中外许许多多的科学先驱不断奋斗，一个个谜团不断解开，推进了科学技术的大发展，但又发现了许多新的奇怪事物和难解之谜，又不得不向新的问题发起挑战。科学技术不断发展，人类探索永无止境，解决旧问题，探索新领域，这就是人类一步一步发展的足迹。
为了激励广大读者认识和探索世界的未解之谜，普及科学知识，我们编辑了“青少年科学博物馆丛书”丛书，包括《海底世界》、《海洋奥秘》、《星球追踪》、《海上探险》、《太空奇观》、《地球探秘》、《自然密码》、《生物天地》、《异类群落》、《天文之窗》。
本套书全面而系统地介绍了当今世界各种各样的难解之谜和科学技术，集知识性、趣味性、新奇性、疑问性与科普性于一体，深入浅出，生动可读，通俗易懂，目的是使广大读者在兴味盎然地领略世界难解之谜和科学技术的同时，能够加深思考，启迪智慧，开阔视野，增加知识，能够正确了解和认识这个世界，激发求知的欲望和探索的精神，激起热爱科学和追求科学的热情，不断掌握开启人类世界的金钥匙，不断推动人类社会向前发展，使我们真正成为人类社会的主人。
地球生命起源之说
据记载，亚里士多德可能是生命起源之谜最早的探索者。他在公元前300多年前提出了人的生命可以从非生命的物质中自然发生，这就是著名的生命自生论，它使不少学者都相信生命可以由非生命物质或他种生物直接而迅速地产生出来。这种观点统治生物界长达1000多年，直到13世纪，人们还相信羊可以从树上长出来。17世纪初，比利时医生范·赫尔蒙特还提出渗透人汗的衬衫与小麦混合发酵可以生出老鼠来。
17世纪中叶，意大利医生雷迪用实验的方法，发现了苍蝇等生物并不是自然生成的，而是由亲代产卵所生，从而否定了自生论，建立了生源论，认为一切生物皆来自同类生物。但自生论者仍坚持原来的观点，认为苍蝇虽不能自然产生，但微生物等简单生物可以自然发生。直到1864年，法国化学家、微生物学家巴斯德的著名无菌浸液实验和鹅颈瓶实验成果问世，证实了微生物也不能自然产生的观点以后，才彻底否定了自生论，确立了生源论。但是，地球上最初的生命来自何方呢？这个问题使人联想起鸡和蛋相争的那个老掉牙的笑话。自生论与生源论同样是一个先有鸡后有蛋还是先有蛋后有鸡的问题。
19世纪后期，一些学者提出了生命来自宇宙的假说。认为地球上的生命是由宇宙空间的生命胚种落入地表而形成的。由于后来发现了太阳光中紫外线及宇宙射线具有扼杀生命的较强杀伤力，才使人们抛弃了对这种学说的信任。20世纪初，出现了生命起源于原始地表海洋的化学起源说，它的创始人是前苏联生物化学家奥巴林，他出版了许多论证这个学说的专著，阐述了生命由无机到有机、由简单到复杂的化学进化。美国学者米勒1953年在实验室里曾成功地以无机物和简单有机物为原料，合成了多种氨基酸等生命有机分子，后来又相继合成了复杂的生命高分子。这些都为化学起源说提供了新的证据，使许多人毫不怀疑地接受了这种观点。
20世纪60年代，苏格兰格拉斯哥大学的化学家凯恩斯史密斯在化学起源说的基础上，提出了新的起源说——泥土说，认为生命是由颗粒细小的具有特殊结构的泥土产生的。最近，美国宇航局的科学家们也发现了普通泥土中含有的能量可使无机物合成有机物，甚至可以合成生命必需的基础有机物质。这个发现无疑是对泥土说的有力支持，也解释了像氨基酸这样的生命小分子合成蛋白质这样的生命高分子时的脱水问题。应该说，这种学说比化学起源说的观点进了一大步。
20世纪60年代以后，射电天文学技术的应用使科学家在宇宙空间尤其是大的星云内部及其附近发现了大量有机分子，引发了人们对宇宙生命学说的重新思考。1980年前后，英国天文学家霍伊尔等提出了新宇宙生命说的观点。他在《智慧的宇宙》一书中提出，宇宙空间不仅存在生命胚种，而且地球生命可能与宇宙智慧生物有关，进一步强调地外生物在地球生命形成中的作用。
地球生命起源于哪里，是来自宇宙还是地表？这是难于在近期取得明确结论的问题。尽管化学起源说在众多假说中占有优势，但宇宙空间中的有机分子、陨石中有机分子的发现及其他许多可以表明宇宙生命物质存在的迹象，也都需要地表化学起源说作出合理的解释。
根据地质学家研究，化学起源说中所模拟的原始生命产生的环境，只是一种臆测，所有合成生命化学过程的假设，只是在某种特定条件下产生的偶然现象，没有必然性。它面临的宇宙空间存在有机分子的事实，使它在近期内难于走出困境。当然，我们现在也不能去盲目相信宇宙生命假说。说地球上的生命来自宇宙，也需要找出更确切证据。再说，宇宙中严酷的环境，大气层的高温摩擦，又都使我们难以相信它具备能产生生命的条件。
地球上的生命究竟来自何方？人类现在还不能作出合理的解释。
地球生命现于何时
如果从最早的猿人开始计算，人类已经有了二三百万年的历史。众所周知，如果把地球46亿年的演化史比做24小时的话，人类的出现则只有半分钟。早在人类出现之前，各种生命就出现了，它们诞生、死亡，一种动物灭绝，另一种动物形成，就这样新陈代谢，相互交替活跃在地球的舞台上。地质学家在一些地方发现了它们死后留下的遗骨和遗迹，这就是古生物化石，根据化石可以推断古代生命的生成时间和当时的地球环境，因此这种石头被称为记载地球历史的特殊文字。
地质学家最先在澳大利亚这样的石头中，发现埃迪卡拉动物群，后来又在前苏联发现了里菲生物群。我国的古生物学者也曾在陕南的化石中发现有生物活动的遗迹。通过对这些生物化石的年龄测定，确认它们是在距今5～6亿多年的寒武纪时代形成的。地质学家的研究结果证明，这些化石中的生物还不是最原始的生命，它们已经是较高阶段的生命代表了。在它们之前还应该有更古老的生命存在。
后来，人们把一些留有生物遗迹的化石送到电子显微镜下观察，在一些“年龄”为二三十亿年的化石中发现了更为原始的生命遗迹。
1940年，麦克格雷尔在津巴布韦的石灰岩中，发现了可能是藻类留下的碳质遗迹，岩石年龄为27亿年。
1966年，巴洪和肖夫在南非德特兰士瓦的浅隧石中，发现了0.24×0.56微米的棒状细菌结构物，年龄确定为31亿年。两年之后，恩格尔也在南非年龄为32亿年的前浮瓦乞系的堆积岩中，发现了直径为10微米的球状体，并认为是一种微生物化石。不过，当时人们普遍怀疑这些研究成果，认为这些只不过是一种无机物或胶状有机物，因为人们不相信生命的出现能有如此之早。
20世纪60年代以后，巴洪等人终于又在距今34亿年的斯威士兰系的古老堆积物中，用显微镜发现了200多个直径约为2.5微米的椭圆形古细胞化石，其中有1/4的古细胞处于分裂状态。这个发现为证明30多亿年前的生物遗迹的存在，提供了有力的证据。
美洲的古老化石最初发现于加拿大安大略的肯弗林特的黑色浅燧石中。这些微化石的形态同蓝藻相似，经岩石年龄测定为19亿年，显然不是最老的生物化石。后来又在美国明尼苏达州的苏堂页岩中的黄铁矿中，发现了0.1～1.5微米的椭圆状细菌结构物，据推测，其年龄大约为27亿年。
我国1975年在鞍山含铁岩系中发现了化石细菌，年代确定为24亿年。与现代细菌对比，其中有4种属于铁细菌，外形有杆状、纤毛状和球状等。
但是，在已发现的古老化石中，年代最久远的还是1980年左右在澳大利亚西部发现的细菌化石，据测定，它的年代约在35亿年之前。它们中有一半呈深灰色球状，直径在1.2～4微米之间，许多个体都成对或多个连在一起；也有的呈椭球状、空心球状等形态。这些发现足以证明，35亿年前不仅生命早已存在，而且已开始有了不同种类的分化。
前几年，美国科学家对来自格陵兰岛伊苏亚地方海洋和冰帽间狭窄的无冰地带年龄为38亿年的古老岩石进行详细的碳、硫等元素的测定，发现这些岩石中含有机碳。他们根据这种同生命密切相关的有机碳的发现，提出了38亿年前就已有生命存在的新观点。
地球上生命的出现会不会早于38亿年呢？人们还没有在比38亿年更古老的岩石中找到证据。生命起源的时间之谜，还有待人类的进一步探索。
地球是从太阳中“甩”出来的吗
许多科学家对地球的起源问题提出了种种假说。有的科学家认为，地球是从太阳中“甩”出来的。有的科学家认为，地球是由于太阳内部爆炸而“抛”出来的。还有的科学家认为，地球是其他恒星偶然掠过太阳附近时，由于引力作用从太阳中“拉”出来的。
18世纪50年代，著名的德国哲学家康德提出了一个“星云说”来解释太阳系的起源。他认为，一切恒星都由弥漫在太空中的特质微粒凝聚而成的，太阳也不例外。这种云雾状的物质微粒叫“星云”。他设想，形成太阳系的特质微粒一开始分布在比当今太阳系大得多的空间范围内，最初是一片混浊。在万有引力的作用下物质微粒互相吸引，引力大的微粒吸引周围引力小的微粒，逐渐形成了团块。比较大的团块成了引力中心体。中心体不断吸引四周的微粒和小团块，使自己逐渐变大，最后凝聚成太阳。在微粒被吸向中心体的过程中，微粒与微粒之间有时候相互碰撞，结果没有被吸附在中心体上，而是围绕着中心体旋转起来。这些微粒又各自形成小的引力中心，吸引周围的微粒，最后凝聚成行星。有一些没有落到行星上的微粒也经过同样的过程，凝聚成为卫星，围绕着行星转。这样便形成了有规律地运行的太阳系。
在康德之前，波兰天文学家哥白尼提出了“日心说”，指明地球是围绕太阳运行的，但是他没有解决地球起源的问题。康德的“星云说”似乎比较圆满地解释了太阳、地球和其他行星、卫星的形成和运行规律，虽然这些假说都有一定道理，但都不能完美地解释地球起源和种种问题。因而，地球的起源究竟在哪里，还是一个待解的谜。
地球转动之谜
众所周知，地球在一个椭圆形轨道上围绕太阳公转，同时又绕地轴自转。因为这种不停的公转和自转，地球上才有了季节变化和昼夜交替。然而，是什么力量驱使地球这样永不停息地运动呢？地球运动的过去、现在、将来又是怎样的呢？
人们最容易产生的错觉，是认为地球的运动是一种标准的匀速运动，否则，一日的长短就会改变。伟大的牛顿就是这样认为的。他将整个宇宙天体的运动，看成是像上好发条的机械一样，准确无误。
其实，地球的运动是在变化着，而且极不稳定。根据“古生物钟”的研究发现，地球的自转速度在逐年变慢。如在4.4亿年的晚奥陶纪，地球公转一周要412天；到4.2亿年前的中志留纪，每年只有400天；3.7亿前年的中泥盆纪，一年为398天。
到了亿年前的晚石炭纪，每年约为385天；6500万年前的白垩纪，每年约为376天；而现在一年只有365.25天。天体物理学的计算，也就证明了地球自转正在变慢。科学家将此现象解释为是由于月球和太阳对地球的潮汐作用的结果。
石英钟的发明，使人们能更准确地测量和记录时间。通过石英钟记时观测日地的相对运动，发现在一年内地球自转存在着时快时慢的周期性变化：春季自转变慢，秋季加快。
科学家经过长期观测认为，引起这种周期性变化，与地球上的大气和冰的季节性变化有关。此外，地球内部物质的运动，如重元素下沉，向地心集中，轻元素上浮、岩浆喷发等，都会影响地球的自转速度。
除了地球的自转外，地球的公转也不是匀速运动。这是因为地球公转的轨道是一椭圆，最远点与最近点相差约500万千米。当地球远日点向近日点运动时，离太阳越近，受太阳引力的作用越强，速度越快。由近日点到远日点时则相反，运行速度减慢。
还有，地球自转轴与公转轨道并不垂直；地轴也并不稳定，而是像一个陀螺在地球轨道面上作圆锥形的旋转。地轴的两端并非始终如一地指向天空中的某一个方向，如北极点，而是围绕着这个点不规则地画着圆圈。地轴指向的这种不规则，是地球的运动所造成的。
科学家还发现，地球运动时地轴向天空划的圆圈并不规整。就是说地轴在天空上的点迹根本就不是在圆周上的移动，而是在圆周内外作周期性的摆动，摆幅为9°。
由此可以看出，地球的公转和自转是许多复杂运动的组合，而不是简单的线速或角速运动。地球就像一个年老体弱的病人，一边时快时慢、摇摇摆摆地绕日运动着，一边又颤颤巍巍地自己旋转着。
地球还随太阳系一起围绕银河系运动，并随着银河系在宇宙中飞驰。地球在宇宙中运动不息，这种奔波可能自它形成时起便开始了。
就现在地球在太阳系中的运动而言，其加速或减速都离不开太阳、月亮及太阳系其他行星的引力。人们一定会问，地球最初是如何运动起来的呢？未来将如何运动下去，其自转速度会一直变慢吗？
也许，人们还会问，地球运动需要消耗能量吗？若是这样，空消耗的能量又是从何而来？它若不需消耗能量，那它是“永动机”吗？最初又是什么使它开始运动的呢？存在着所谓第一推动力吗？
第一推动力至今还只是一种推断。牛顿在总结发现的三大运动定律和万有引力定律之后，曾尽其后半生精力来研究、探索第一推动力。
他的研究结论是：上帝设计并塑造了这完美的宇宙运动机制，且给予了第一次动力，使它们运动起来。而现代科学的回答是否定的。那么，地球乃至整个宇宙的运动之谜的谜底究竟是什么呢？人类渴望早日找到破解地球转动之谜的密码。
地球未来的幻想
地球未来会怎样？对此，科学家们各执己见，争论不休。
有的科学家通过对阿尔卑斯山的调查研究，推断地球的半径比2亿多年前，即阿尔卑斯山开始形成时缩短了2千米。由此可以推算出地球的半径每年缩短0.01毫米。
有人说，地球长期以来一直在变大，所以才把本来包住整个地球的大陆撑裂了，现在这些裂缝还在继续加宽，说明它还在膨胀。
有人说，地球有可能会变成另一个金星。因为温室效应会使地球温度越来越高。到2100年，全球平均气温升高3℃时，海平面能够升高30米。照这样下去，过几万年或更久以后，地球会变得毫无生气，成为云遮雾盖的金星，那时，人类将在地球上无法生存。
有人说，地球未来会毁灭。首先是由于人为因素所致。人类不断使用矿物性能源，它们在燃烧中产生大量二氧化碳，聚在大气层中，阻止了热量向外散发，经过很长时间之后，地球表面温度会不断上升，因而两极的冰雪将会融化，海洋的水平线将会升高500米，所有的陆地都将被海水淹没。另外，核战争也会促使地球毁灭。其次是由于自然毁灭因素所致。由于构成地壳的6块主要浮动层正不断地缓慢移动，当这些地层板块互相碰撞时，地壳便会产生变化，因此，地震、火山爆发、海啸等现象将频频出现，这将给地球生物带来严重的灾难。气象学家预计，下次的冰河时期将会在2.5万年以后出现，这是由于地球地轴的方向正在慢慢地改变，到了2万年之后，即使在夏季，气候也会变得非常寒冷，所有生物都会死亡。三是由于来自太空的毁灭性打击，而造成地球毁灭。未来可能会有巨大的太空物体与地球相撞，从而导致地球毁灭。还有，太阳和月亮引力引起的潮汐，终将有一天会对地球造成可怕的损害。根据太空科学研究，潮汐的力量能把地球的转速拖慢。经过几亿年之后，月球可能距地球只有1.6万千米，这时，月球对地球潮汐的引力，可能是现在的1.5万倍，于是上千米高的巨浪将以每小时800千米的速度横扫地球。从而使地球上的生的毁灭。
地球的未来到底会怎样？只能等待时间去验证了。
神秘的线
如果你拿出地球仪的话，就会发现，上面有一条纵贯太平洋的直线。这是一条神秘的线，同一时刻它的东西两侧竟是不同的两天。因为有了这条线，世界各国和各地区就不能够同时辞别旧岁迎来新年，而是有早有迟。比如，我国就是第十二个跨进新年的国家。
众所周知，地球每天绕地轴不停地向东旋转，形成昼夜的不断交替现象。因此处于偏东边的地区，一天开始的时间就来得早，结束的时间也早。那么，地球上的东边和西边如何确定呢？新的一天从哪里起止呢？地球可以分成东西两半部分，从0℃经线往东到东经180°为东半部，从0°经线往西到西经180°为西半部。而东经180°线与西经180°线是重合在一起的，它既是地球的最东端，又是地球的最西端，这条线叫做“国际日期变更线”，简称“日界线”。它是纵贯太平洋的一条直线，但因照顾附近地区和国家居民生活方便，不至被直线“一分为二”，所以这条线的个别线段略有曲折。地球上每一个新的日期就从这条线开始，所以这条线两侧日期永远不相同。
位于日界线西侧的汤加王国，是全世界最早迎来新年的国家，而紧靠日界线东侧的西萨摩亚国，则是全世界最后辞别旧岁的国家。当汤加已是1993年元旦凌晨1时的时候，西萨摩亚才是1992年12月31日凌晨1时。这两个大洋岛国之间，东西相隔不过两三百千米，仅是一线之隔，日期却始终差一整天。1993年元旦，在汤加已年满60岁的老人，如果越过日界线跑到西萨摩亚的话，却只算59岁，不到“花甲”。
目前，国际交往日益频繁，因此，旅行者就有连续过两个元旦和过不上元旦的时候。比如，你在1月1日那天快要结束的时候，乘飞机或轮船从西向东越过日界线，那么，你在日界线东侧又要重新过一个元旦；相反，如果你在12月31日那天快要结束的时候，从东向西越过日界线，那么，对不起，那里已是1月2日了，你只好再等一年才能过上元旦。
地球光环之谜
人类觉察到太阳系行星上的光环，可能是300年以前的事了。17世纪，科学家伽利略首先从天文望远镜里看到土星周围闪耀着一条明亮的光环。后来，人们又用天文望远镜观察了太阳系的其他行星，数百年过去了，也没有听说它们周围出现光环。所以人们长期以来一直认为土星是太阳系中惟一带有光环的行星。
1977年3月10日，美国、中国、澳大利亚、印度、南非等国的航天飞行器，在对天王星掩蔽恒星的天象观测中发现了奇迹。他们看到天王星上也有一条闪亮的光环！这一发现打破了学术界的沉默，在世界上掀起了一阵光环热，各国派出越来越多的航天飞行器去太空探秘。
1979年3月，美国的行星探测器“旅行者1号”飞到距木星120万千米的高空，发现木星周围也有一条闪亮的光环。同年9月，“先驱者11号”在土星周围又新发现两个光环，土星周围已经是三环相绕了。
太阳系其他行星上相继发现光环以后，作为太阳系行星之一的地球，会不会也有光环呢？它以前有过光环或者将来还会有吗？对此，人们开始了思考。地球曾有过光环吗
面对太阳系中其他大行星光环的相继发现，科学家们首先提出了“地球上曾经有过光环”的大胆设想。他们认为地球和其他行星一样，同在太阳系中，绕太阳运转，也应该有光环。这些科学家在地球上找到了许多地外物质，他们推测这些物质可能就是地球光环的“遗骸”。
美国有一位叫奥基夫的天文学家，曾经解释过这种光环现象的形成。他说，6000万年前的始新世，由于月球上的火山喷发，大量的陨石碎块被抛到地球，它们中的一部分变成陨石雨降到地球表面，另一部分则进入地球外层形成了光环。奥基夫还推测，在那个时代，地球上赤道的上空出现了光环，它在地球上投下了淡薄的阴影。据估算，这个阴影遮蔽了地球上1/3的阳光，使得地球上冬天变得更冷。当时的北半球，夏季太阳的直射点位于赤道以北，这时赤道上空的光环影子正投向处于冬季的南半球，从而大大降低了南半球的气温。而此时正处于夏季的北半球没有光环的影子，所以北半球气温正常。当北半球进入冬季以后，光环的影子也随着移过来，从而使北半球气温降低而变得更冷。这种假说较为合理地回答了6000万年前地质时代的气候问题，解释了当时地球上冬天气温异常寒冷，而到夏天气温又较正常的奇怪现象。
地球上的光环是怎样消失了的呢？奥基夫推断是被阳光吹掉了。他说，太阳的光线可能像一股股涓涓细流，打在什么东西上就对什么东西产生压力。在没有摩擦力的空间环境里，它在几百万年的时间里，足以把光环里的粒子吹离地球的轨道。地球将来会有光环吗
根据奥基夫的推断，如果月球火山还保持活动的话，地球将来还会再度形成光环。
对这位美国学者的观点，学术界对此观点看法一直未能统一，他的观点遭到了许多人的反对。但这些反对者中，许多人对“地球将来还会有光环”的预见并没有异议，所不同的只是在形成地球光环的物质上。有人认为形成地球光环的物质，并不是奥基夫所说的由月球上火山喷入地球轨道的熔岩，而是在地球强大引力作用下月球崩落下来的碎块。
根据天文学的理论估算和古生物的测定，在大约5亿年前的奥陶纪，地球上的一年有450天左右，每昼夜只有21.4小时，到了距今约4亿年的泥盆纪，一年仍有400天左右，每昼夜约合23个小时。这说明在漫长的地球发展史上，地球自转速度渐渐变慢。这是什么原因造成的呢？专家们说主要因素是潮汐作用。
潮汐是自然界由于天体对地球各部分的万有引力不等引起的潮涨潮落现象。引潮力的大小与天体的质量成正比，与天体距地球的距离的立方成反比。因此，月球的引潮力是太阳的2.2倍。我们知道，月球在无空中每天东升西落，它在地球上的潮汐隆起（大阴潮），也是从东向西运转的。这种运转方向正好与地球自转相反，潮汐和浅海海底的摩擦对地球起制动作用，使得地球自转逐渐变慢，自转周期逐渐变长。有人通过计算，推测出这种变化大约每百年地球的自转周期增加0.001秒。由于地月系统是一个能量守恒系统，地球自转速度的减慢破坏了这个系统原来已有的平衡状态，这就需要建立一种新的平衡，于是导致了地月距离的逐步拉大。地球自转速度的不断减慢，引起地月距离的不断增大，这种平衡形式的不断破坏和重建若能持续下去，那么在遥远的将来，势必有一天地球和月球的各自自转周期和公转周期都会相等。
到那时，一天就等于一个月了。这样，太阴潮也就是月球在地球上的潮汐隆起也就停止了。但是那个时候，太阳在地球上的潮汐隆起作用仍在进行，专家们给这种作用取名为太阳潮。由于太阳潮也是自东向西传播的，这种作用使地球与月球距离的增大继续进行，再过一段时间，地球上的一天将长于一年，于是又出现了与过去形式相反的太阴潮。由以前的地球自转周期短、公转周期长，变成了相反的自转周期长、公转周期短。换句话说，就是以前的太阳潮时期是一月等于30天，新的太阴潮出现后过一定时间就是一天等于几个月了。但这时的月球自转方向不是自东向西的周日视运动，而相反却是自西向东运动了。那时，如果人类存在的话，看到的月亮可不是东升西落，而是西升东落了，“日月平升东升西落”的自然现象可能也一样成为那时人们口中流传的远古神话了。
在那个时候，由于月球周期性运动方向的改变，使太阳潮的运转方向与地球的自转方向一致，不仅消除了潮汐和浅海海底的摩擦引起的对地球的制动作用，而且方向一致产生的极大惯性加速度使地球就像顺风船，自转速度变快，自转周期变短，这样月球和地球的距离又随着缩短。有人曾进行过推算，当地球和月球两者之间的中心距离只有15000千米的时候，那时的一个月只有5.3小时，而一天却有48小时。估计强大的引潮力能把月球撕裂成许多一块块的巨大碎片，散布到地球的外层轨道中去，那时地球的外层空间里就会出现—团明亮的光环。“地球将来还会出现光环”，科学家根据潮汐作用引起的地球自转速度、方向和月球与地球距离周而复始的变化，推出的这个假想似乎是一个天方夜谭式的神话，缺乏令人完全置信的说服力，况且这种推想还没有建立起证据确凿的科学基础。但人们现在也很难拿出足以否定它的证据。按照这个假说，地球光环的再度出现将会是相当遥远的事，检验这种光环的出现的最高权威是事实，我们人类中谁能留下来欣赏这样的宇宙奇观，并为这种假说充当人证呢？显然谁也没有时间等这么长。我们只能通过宇宙卫星资料去寻找更多的解决这个问题的证据，完全解决这个问题恐怕不是一个短时间的事情。“地球光环”问题已经被有关高技术国家列为重点研究课题，不久的将来恐怕会有更多解释这种现象的理论著述问世，从而出现更多的揭谜假说，我们可以预见人类总有一天会揭开这个谜底的。
难以解释的奇异水柱
1960年12月4日，“马尔模”号在地中海海域航行时，船长和船员们看到一个奇异的、好像白色积云的柱状体从海面垂直升起，但几秒种后就消失了。几秒种后，它又再次出现。于是船员们用望远镜观察，发现它是一个有着很规则的周期间隔的升入空中的水柱，每次喷射的时间约持续7秒种左右，然后消失；大约2分20秒后又重新出现。用六分仪测得水柱高度为150.6米。
这股奇异的水柱是怎样形成的？科学界争论不休。有人认为它是“海龙卷”。威力巨大的龙卷风经过海面上空时，会从海洋中吸起一股水柱，形成所谓的“海龙卷”。
但“海龙卷”应成漏斗状，这与船员们观察到的情况不同。而且从有关的气象资料来看，当时似乎无形成“海龙卷”的条件。于是，有人提出水柱的产生是火山喷气作用的结果。
其理由是地中海是一个有着众多的现代活火山的地区，但在水柱产生的海域却又没有发现火山活动的记录。而且“马尔模”号的船员们在看到水柱时，也没听到任何爆炸的声音。再者，如果确是水下火山喷发，周围的海域也不会如些平静。
因此，有人推测，这是一次人为的水下爆炸所造成的。但水柱周期性间歇喷发的特征和当时没有爆炸声，也似乎排斥了这种可能。
因此“马尔模”船员的发现给人们留下了一个难解之谜。
岩石的形成之谜
地球上的岩石千姿百态，五彩缤纷，它们是怎样形成的呢？
自古以来，科学家们都在探索这一奥秘。科学界还有过一场激烈的争论，持不同观点的科学家互不相让，有人称这场争论为“水火之争”。
1775年德国的地质学家魏格纳，提出了这样的观点：花岗岩和各种金属矿物都是从原始海水中沉淀而成的。人们称他的观点为“水成派”。后来，以英国的地质学家詹姆士·赫顿为代表的一些科学家，针锋相对地提出相反意见。他们认为花岗岩等不可能是在水里产生的，而是岩浆冷却后形成的。人们称这种观点为“火成派”。“水成派”与“火成派”一直争论了几十年，两派之间的斗争十分激烈。现在看来，由于受当时科学水平的限制，这两派观点都带有不同程度的片面性。不过，他们的争论使地质学又向前推进了一步。
现在，科学家们借助于先进的设备，已摸清了岩石的来龙去脉。
如果按质量计算，在地壳中约有3/4的岩石是由地球内部的岩浆冷却后凝结而成的，人们称它为“岩浆岩”或者“火成岩”。花岗岩就是属于岩浆岩。在地球上，目前还可以看到火山爆发后喷出的温度高达1000℃以上的液态的岩浆，经过冷却后形成的坚硬岩石。岩浆岩在地下形成，因此，它分布于地表的不多，一般都埋藏在比较深的地下。
有少数的岩石是泥沙、矿物质和生物遗体等长期沉积在江湖和海洋底下，经过长期紧压胶结，以及在地球内部热力的作用下，变成了岩石，人们称它为“沉积岩”，如砂岩、页岩和石灰岩等。沉积岩尽管所占的比例不多，可它多数分布在地表面，因此，我们平时容易见到。
岩浆岩和沉积岩形成之后，受地壳内部的高温高压的作用，改变了性质和结构，就形成了另一种岩石——变质岩，如石英岩、大理石岩等。
岩浆岩、沉积岩、变质岩这3种岩石之间还可以互相转化，比如，埋在地下的变质岩可以被地壳运动推到地表面，在地表面再形成新的沉积岩。因此，著名生物学家林奈说过：“坚硬的岩石不是原始的，而是时间的女儿。”
的确，岩石正是经过长期的各种条件的作用，由其他物质转变而成的。
月亮与地震有关吗
月亮对地球的引力，会造成地球上的海洋潮起潮伏。大海有规律地起伏着，就像在进行着一呼一吸的生命运动。然而人们并不清楚在海水涨落起伏之时，固体的陆地也会受月亮的影响，做着相应的起伏运动。
1933年，美国海军观察站的测量员，发现圣地亚哥和首都华盛顿之间的距离与7年前测定的数据相差了15米。这在讲究分毫不差的大地测量学上是一个巨大的数字。后来研究者才发现，月球把40万千米下面的“固体”地球拉起来了，地面就形成了凸起，因此，两端距离缩短。这一定会对已经积累了巨大压力的地壳中某个部位起到导火索的作用，从而使地球上发生地震。
美国科学家发现，在南加里福尼亚州的一个狭窄的地区内，地震的发生与12小时、半月和18.6年的月球周期有着密切的关系。
我国自1966年以来，在河北平原发生了4次6级以上的大地震，全部发生在初一或十五的前后，并且与附近塘沽港海潮的高潮时刻相接近。
科学家们发现，在月亮形状为逆、望、上弦、下弦前后的日子，地震发生的机率比其他日期发生的要高。
月亮是怎样诱发地震的呢？这还有待于科学家们继续研究。
地震的成因之谜
一提起天灾人祸，人们就会想到巨大的破坏、恐怖的伤亡，因为天灾人祸确实给人们带来了巨大的痛苦。而其中又尤其以天灾因其不可预测性令人感到畏惧。
说到天灾，我们熟悉的有火山爆发、地震、海啸、龙卷风等等。为了避免这些天灾所带来的损失，尽量减少人员的伤亡，科学家们对这些天灾形成的原因，进行了大量而艰苦的研究工作。但由于各方面的限制，现在仍有许多未解之谜在困扰着科学家们，其中地震的成因之谜就是一个。
我们都知道，地震的破坏性是十分巨大的。大地震如果在陆地上发生，顷刻间就会颠覆成千上万的高楼大厦、农舍田庄，会破坏道路、良田、工厂、矿山，造成惨重的人畜伤亡；地震如果在海底爆发，刹那间就会引起海啸，吞没船只，席卷海滨；地震如果在山川发生，又会震得山崩地裂、江河断流、堤坝崩溃；另外，地震还会诱发火灾、水灾，最终给人类带来更大的灾难。
1976年7月28日3时42分，我国唐山发生了一场大地震，整个唐山市在一夜之间化为废墟，许多市民是在酣睡中葬身于瓦砾之中的。
地震给人类造成了巨大的损失，如何预测它的发生以减少损失呢？这首先要搞清楚地震是怎么回事，它又是怎么发生的。在古代，科学还不够发达，人们对地震的认识很幼稚。对于地震有以下一些说法，像什么“巨鳌翻身”、“地牛打滚”。当然，这都是当时人们对于地震产生原因的种种可笑的说法。
随着自然科学的发展，自19世纪后半叶起，人们开始对地震时观测到的种种现象进行分析，得出这样一个结论，就是地震是地壳运动引起的。但围绕地壳运动的问题又出现了形形色色的各种观点，我国著名地质学家李四光将之归结为六种观点。
一种观点认为：地球是一团热质冷却固结而成的，冷却的次序是先外后里。在这个冷却过程中，地球体积逐渐缩小，以致首先形成一个壳子，而且到处发生褶皱、断裂，因而引起地壳运动。打个比方说吧，这就像一个瘦子穿上一件胖子穿的衣服后，衣服会发生褶皱一样。
然而，这个论点还存在着漏洞，那就是按照这种说法发生的这种褶皱和断裂，应该是杂乱无章的，但事实并非如此。地壳中的这种情况是有一定方向的。而且由于地球内含有大量的放射性元素，它们会不断蜕变产生热量，这不仅可以抵消地球失去的热量，而且可能大于失去的热量，因而这种由于地球冷却收缩而引起地壳运动的观点就说不通了。
与这个观点相反，还有一种观点认为是由于地球不断膨胀才引起了地壳运动，但这样的话，地球的表面应该出现无数不规则的裂口，然而这又与事实相悖。
后来有人认为是太阳和月亮对地球的吸引力引起的固体潮使得地壳发生运动；第四种观点又认为这是因为地壳的内部物质不断发生对流；第五种观点认为这是地壳均衡运动的结果。
以上五种观点有的和事实不够相符，有的是仅仅限于假定，有的论证不够充分，因此都被科学家们一一否定了。
后来，在20世纪20年代初，又产生了大陆漂移的假说。大陆漂移假说认为：地层产生褶皱并不需要收缩，当大陆移动时，前缘如果受到阻力就会发生褶皱，就好像船在水上行驶时，在船头产生波浪那样。向西推进的南北美大陆，一方面在其东面形成了大西洋，另一方面在其西岸形成连绵不断的落基山脉和安第斯山脉。另外，向北推动的印度大陆和亚洲大陆相撞就形成了喜马拉雅山。
在20世纪30年代，经过激烈的辩论之后，大陆漂移说又宣告破产。它破产的原因有三个：一是缺少对大陆漂移原动力的说明；二是认为地球不是坚硬的；三是根据高温起源说，地球在很久以前才是软的，如果发生大陆漂移的话，也应是在地球形成的初期。
20世纪50年代末，古地磁研究证实，南北磁极的位置始终在移动。照理这样的移动线路应该只有一条，但奇怪的是，在北美和欧洲大陆上分别测定的北磁极迁移路线却有两条，它们不相重合，但形状相似，处处平行。要使它们合并成一条，除非把北美大陆向东移动3000千米。然而这样就挤走了大西洋的位置，并使北美大陆和欧洲大陆连在了一起，这正与大陆漂移说不谋而合。因此，大陆漂移说因这一发现而活跃起来。
然而，由于地球磁极的问题一直没有定论，大陆漂移说在解释一些实际问题的时候也碰到了困难。
20世纪60年代，又有人提出了“海底扩张”的假说，持此种观点的科学家认为，由于海底的不断更新和扩张，造成古磁场和年龄数据的对称分布。而当扩张的大洋地壳到达火山边缘时，便使俯冲到大陆壳下的地幔逐渐熔化而消亡，因而无法找到古老的大洋地壳。
这个假说经过充分的观测研究证明是可信的，而到了20世纪70年代，在大陆漂移说和海底扩张说的基础上，又产生了“板块构造”学说。
板块构造说强调全球岩石图并非一块整体，而是由欧亚、非洲、美洲、太平洋、印度洋和南极洲六大板块组成。这些板块驮在地幔顶部的软流层上，随着地幔的对流而不停漂移。板块内部地壳比较稳定，板块交界处是地壳活动较多的地带；大地构造活动的基本原因是几个巨大的岩石层板块相互作用引起的。由于地震是大地构造活动的表现之一，所以板块的相互作用也是地震的基本成因。
板块构造说是一门新学说，它为地震成因提出了一个新的研究方向。但是，板块构造说毕竟也是一种假说，还有诸如地质力学等多种学派对地壳运动进行的其他解释。因此，地震发生的原因迄今仍是一个谜，人们尚未能找到最终的答案。我们有理由相信，随着科学的高速发展，破解地震成因之谜的那天终会到来。
地震前有地光闪耀之谜
1976年7月28日，子夜已过，表针指向了凌晨3点钟。我国北方工业重镇唐山处于极度沉闷空气的笼罩之中。这时在室外乘凉的人们看见东北方向一道道五彩缤纷的光束升了起来，就像强大的信号灯一样，把大地照得亮如白昼。这些光束形态，有的呈片状散开，有的如彩虹飞架，有的似光柱冲天而起，有的像圆球飘忽不定。光束的颜色七彩纷呈，尤其是像银蓝色、白紫色等平时罕见的复合色令人眼花缭乱。高度众说不一，持续时间有长有短。这种火球曾在唐山市郊区引燃成患，烧焦了农田的稻谷。一些小学生见此情景，以为是天亮了，背起书包就往学校走，结果弄了一场笑话。光焰散去，大地开始颤动，几秒钟后，唐山变成了一片废墟。
这是为什么呢？
原来，这是一种强烈地震的前兆，被称为地光。
许多强烈地震都伴随有发光现象。这种特殊的令人毛骨悚然的自然现象，早在几千年前就已经被人们注意到了。我国是世界上记载地光最早的国家，古书《诗经小雅·十月之交》里就曾记述了2800年前陕西岐山地震时奇异的声光现象。书中写道，“烨烨震电，不宁不令。百川沸腾，山家萃崩。高岸为谷，深谷为陵。”其中的“烨烨震电”之语，就是指的闪闪的地光。因为书中所写的十月系周历，相当于现在的农历八月，这时岐山、宝鸡一带雷暴季节已过，“十月雷电”显然是误传，应该是地震前的地光现象。后来在其他史料中，也有不少关于地光的记载，如“碧光闪烁如是”、“夜半天明如昼”、“夜半天忽通红”、“红光追邑”、“天上红光如匹练”等，多得数不胜数。
在国外，地光也引起了人们的广泛注意。这种记载最早见于罗马历史学家塔西伦的《编年史》，它记述的是公元17年小亚细亚发生了强烈地震。书中说地震前有人曾看到天空火光闪闪。日本的地光记载也很早，据日本地震学家安井丰推测，日本最早的地光记录可以追溯到1500年前，可惜这种推测查无实据。真正书录在案的是公元869年的《三代实录》，书中在记述陆奥地区的地震海啸时，曾提到过发光现象，距今已有1100多年。
人们在很早以前就知道利用地光现象来预测地震，我国古人总结的六条地震前兆，其中有一条讲的就是地光。“夜半晦黑，天忽开朗，光明照耀，无异日中，势必地震。”这类描述曾在不少书中出现过。但地光作为一种奇异的自然现象，被人们进行科学探索，则是18世纪以后的事。据《日本地震史料》记载，1703年12月5日元禄8.2级大地震前，有一位学者在研究了当地天空中奇异的发光现象以后，曾向幕府官员发出警告说，夜里将有强烈雷暴和地震发生。他在当时就注意到了地震与发光的关系，这是难能可贵的。18世纪中叶，当时的英国和北欧一带频繁地发生地震，并屡次伴随有地光的闪烁。在英国皇家学会开会讨论这个问题的时候，英国学者威廉·斯图克雷第一次试图用地表电流来解释地光产生的原因，自然，他的认识是错误的。20世纪初，意大利学者里佐率先对地震发光现象进行特别详细的调查，他对意大利1905年9月8日卡拉布里亚地震的发光现象进行了广泛研究。在他的影响下，另一位学者加里也广泛收集了欧洲148例地震发光资料，在1910年的《意大利地震学会汇报》中发表了研究论文。
20世纪30年代以后，地震发光的研究进入了全面发展的阶段，人们对于地光的真实存在不再感到怀疑了，并开始出现了解释这种现象的理论假说。在这些研究中尤以日本领先。1965年以后，日本学者安井与近藤五郎、栗林亨等利用地磁仪、回转集电器等进行了观测研究，并拍摄了世界上第一张地光照片。1974年，我国学者马宗晋在研究了邢台地震以来历次较大地震的临震宏观现象以后，提出了“地光不仅仅是地震派生的结果，而应看作是临震共同发展的统一过程”。这就是说，应把地光同与它同时出现的其他现象联系起来考虑。随着地光现象资料的不断积累，人们从地光的复杂形态中领悟到它的成因也并非是单一的。由于地光发生的时间短促，机会难逢，过去的地光资料也常常缺少详细确切的说明，尤其是直到今天，还未解决仪器观测技术问题，因此地震中地光成因的研究还没有确切结果，仍然处于假说阶段。
地光是由岩块相对摩擦产生的。米尔恩是一位长年工作在野外的地质学家，有一天，他在野外采集岩石、矿物标本，手中的锤子落在坚硬的岩石上时，点点火星迸溅出来。米尔恩从这种现象中得到了启发，第一个提出了地光是地震时岩块相对运动发生摩擦而产生的发光现象。1954年，前苏联学者邦奇科夫斯基也把地震发光比喻为马蹄与石头道路撞击而产生的火花。
这种说法是探索地光成因的一次有益尝试，但它的解释只是对某种形态的地光说得通，对地光的其他形态则难以奏效。例如，有些地光发生在半空中，似乎与地面岩石的摩擦无关；有些地光还伴随有类似日光灯的自动闪烁，这显然也无法用摩擦生光来解释。另外这种观点也很难说明在震区广阔的范围内都可观察到地光以及球形光和柱状光的缘由。因为按照岩块摩擦发光的假说，地光应该主要分布在裂隙带附近，并与裂隙的分布方向一致，发光的部位应接近地面。例如，1975年辽宁海城地震时，有人看到本县大青山菱镁矿分布区出现强烈的白色光带，它与该地大量裂隙的分布基本一致，并紧贴地面，持续2～3秒钟，没有明显闪烁，然后突然消失。这种地光可以用岩块摩擦生光观点解释，但以此来解释所有的地光，显然是不全面的。
根据水的毛细管电位理论。日本学者寺田寅彦闲来无事，对物理学中的电动现象甚感兴趣。他看到液体和固体相对运动时，常伴随有一些电现象，即在液体和固体的接触面上会出现两层异种电荷。如果液体在压力下通过一个固体毛细管，那么就会在毛细管的两端出现电位差，这就是流动电位。这位学者由此萌发了水的毛细管电位理论，试图能在地光成因问题上一显身手。他认为，一场强烈地震所影响的深度可与地面波及的范围相当。在地震影响的深度范围内，地下水受到挤压，便通过岩石的孔隙向上移动，产生流动电位。寺田推测，地下水所受到的压力，相当于100千米厚的岩柱所产生的压力。根据计算，它所产生的电位差可达到300万伏。显然，这样巨大的电位差足以导致产生高空放电，形成地光。寺田的理论得到了日本部分学者的支持，但国际上多数学者对这理论提出了质疑。尤其是美国学者麦克唐纳对寺田计算出来的300万伏电位差表示怀疑。这位美国人设想了地球内部产生电位差的各种可能原因，研究了地下核爆炸时所产生的压力对地下水流经岩石和土壤中孔隙的流动电位的影响，结果发现，在300多米的深度范围内，能产生的最大电位差仅有几百毫伏。即使地震的影响能达到100千米的深度，所产生的电位差也不过几百伏，远比寺田所说的小得多。这样小的电位差，是不可能引起大气发光的。
这个水的毛细管电位理论，就这样夭折了。
石英的压电效应说。芬克尔斯坦和鲍威尔，当年曾是继美国人麦克唐纳之后水的毛细管电位理论的主要反对者。他们在推翻日本学者的理论以后，提出了石英的压电效应说，企图利用地电电位差来解释地光的形成。
1970年，芬克尔斯坦和鲍威尔首次发现了地震孕育过程中石英的压电效应。科学家们早在物理学的实验中发现，许多晶体在受到挤压或拉伸时，会在两个平面上产生相反的电荷，这种现象被称为压电效应。今天，它已被广泛应用于各种电子设备和仪器中，也被广泛应用于导弹、电子计算机、航天等尖端技术中。压电石英就是这样的一种晶体。由于石英在地壳中分布很广，地震是岩层长期受力突然破裂的表现，可以想像，在地震孕育过程中必然也有压电效应产生。两位学者推断，当石英在地壳中有规律排列时，如果沿长轴排列的石英晶体的总长度，相当于地震波的波长时，就会产生地震电效应。若地震压力的压强为30～330帕，就有可能产生500—5000伏/厘米的平均电场。这个电场足以引起类似暴风雨时的闪电那样的低空放电现象，产生地光。由于压电效应并不一定在地震发生时才有，所以在地震前的几个小时也可以看到地光。
如果按照这种理论，地光应该只发生在某些特定的分布有定向排列的大量石英晶体的区域内，然而实际上出现地光的强震区其地下岩石并非都是石英岩，而是多种多样的岩石，但无论地下岩石性质如何，都有出现地光的可能，这一实际情况与石英压电效应理论不相吻合。另外，石英压电效应理论也不能解释在一些震区观察到的极为独特的“电磁暴”现象。
更难解释的奇怪现象。1966年，前苏联塔什干大地震前几小时，塔什干上空突然发生了一场电磁暴。天空中耀眼的白光就像镁光灯一样，使人目眩。更令人奇怪的是，室内的日光灯无故自亮。科学工作者观测到电离层中电子密集度达到顶峰。
这次地光的奇异特征，显然很难用前面的几种假说解释。
1972年，日本学者安井丰等人提出了“低层大气振荡”的看法。他们认为，由于大气中含有各种正负离子，所以大地具有微弱导电性。当大气中的气体分子受到来自太空的宇宙射线和地球本身的放射性元素射线的撞击，结果使这些气体离子带电。地震区常会有以氡为主要成分的放射性物质，地壳震动把它抖入大气中，特别是在含有较多放射性物质的中、酸性岩石分布区和断层附近，大气中的氡含量将显著提高，这也将使大气离子导电性增强。这时如果地面有一个天然电场，那么就会向空中大规模放电，使地光闪烁起来。
我国地震工作者在研究了辽宁海城地震以后，发现震前氡含量明显增加，大气中电离子也明显增加，在震区上空形成电荷密集区，大气的导电率增加以后，在地面电场作用下便可能发生放电发光，大面积放电和氡蜕变放出的射线都可能产生荧光，使日光灯管闪亮。
这个低空大气发光理论，是目前比较成立的假说。不过，也有人认为日光灯管发亮的原因与地震时的高频地震波有关。
此外，最近又有人提出，黏土矿物也是地光的光源之一；还有人重新提出岩块摩擦生热与地光的关系，并考虑了电场的形成。这些观
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