作者：谭怀蕊
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流浪宇宙：寻找第二个太阳系(未来世界里地球将何去何从？冲突太阳系，寻找第二个人类家园)试读：
第一章 地球将何去何从？
地球会去向何方
地球是如何诞生的？它将会如何进一步发展？谁能说起地球来去的轨迹？
天圆地方，太阳绕着地球转的观念统治了几千年的人类文明史，直到500年前，哥白尼将这颠倒了的概念再颠倒过来，至此，我们才有了一幅太阳中心说的图景。过了近三个世纪，1718年，天文学家哈雷把人类的视野和认识又深入了一个层次。他在研究星空时，将天狼星、大角星、毕宿五等星的位置跟托勒密（希腊著名天文学家）星表相对照。使他颇为惊讶的是，原来这些恒星都在运动。这一发现打破了星体是“钉”在宇宙中的古老说法。
到了20世纪10年代，沙普利基本上完善了银河系的模型，这是人类在认识上的又一进步，尽管对银河系的探索始于18世纪的赫歇尔。同时，天文学家曾多次认证了恒星具有一个普遍的运动，并把这种运动与银河系的模型相结合，说明了太阳和其他恒星都围绕着银河中心运转。现在人们认为，银河系的跨度至少有10万光年，现拥有2000亿个太阳质量。到了60年代，天文学家告诉我们，银河系跟近旁的星系，形成了一个大家庭，称本星系群，它积集了20个星系。与此相类似，在本星系群周围的天域，其他的星系也有这样的集聚，一般称星系团。这种星系团在更大的尺度上形成超星系团。我们属于一个名叫室女超星系团的大天域。在这里约团聚了10万个星系。真是天外有天，天上有天，一层套一层。
在这样的宇宙结构中，地球又是怎样运动的呢？地球一方面以约30千米/秒的速度绕太阳而行，另方面它与整个太阳系一起，以每秒约250千米的速度围着银河系中心运转，现在它正朝着天鹅座方向奔去，而银河系与本星系群一起以约600千米/秒的速度向长蛇座方向飞驰，室女超星系团和其临近的三个超星系团。都被某个未见到的巨大天体所牵动。但覆盖在所有各种天体运动之上的，是宇宙膨胀运动。如此繁纷复杂的天体运动图景，不禁使人感到宇宙是如此浩瀚，人类的智慧又是那么高超。
可是十分意外，这幅画面后来却被捅了一个大洞。在1986年，伯尔斯廷等7位科学家发现了一个所谓南向天体流。原来室女超星系团连同它近旁的3个超星系团，却以700千米/秒的高速向南飞去，就像有一只看不见的巨手，把它们猛拉过去。
这一发现对科学界来说是个不小的震动，它威胁到目前流行的大爆炸宇宙论。因为“南流”的一个最可能的解释是，在长蛇半人马超星系团之外，可能隐藏着一个巨大的物质积聚，这对宇宙学家来说，颇为意外，并很难解释。长期以来他们认为，宇宙在大尺度上是平滑的，物质分布是均匀的。后来又认识到，宇宙的结构要比原先想象的复杂得多，不仅星系结成星系团、超星系团，而在星系团之间镶以巨大的空穴，形成一种纤维状结构。而今又观测到，能把几个超星系团拉着跑的巨大物质积聚，这使得宇宙物质成团性的尺度，超出了现行理论的范围。
按大爆炸论，宇宙起源于150亿年之前的一个高温、高密度火球的爆发，然后一直膨胀至今。美国天文学家哈勒在20年代观察到所有的星系都在退行，为膨胀宇宙找到了第一观测证据。人们以Ho值表示宇宙膨胀速度。目前对Ho值有两种估算。一种是Ho=50千米/秒·百万秒差距，它的意思是，当观察者向深空望去，每深入百万秒差距（约330万光年），星系的退行速度就会因宇宙膨胀而加快50千米；另一种则为是100千米/秒·百万秒差距。Ho值之所以难以确定，实在是星系运动太复杂了。
如果宇宙物质分布是完全均匀的，星系严格地遵守哈勃定律退行，那么Ho值的测定也不难了。可是真实宇宙并非十分均匀，故星系也不能够严格地服从哈勃定律。绝大部分星系都属于星系团，而后者又属于超星系团，且形成纤维状结构或“哈勃泡”，延展着10亿光年左右。物质分布的这种非均匀性，使得宇宙动力学复杂化了。对于宇宙膨胀来说，星系间的引力作用，起到了一种刹车的效果。故观测局部天域，看不出纯“哈勃流”，只是得到一个减速的膨胀率。若我们在更大范围上来看，譬如越出本星系群，立刻可见到宇宙膨胀的效应，但这还是打了折扣的，因为近旁还有无数星系，免不了受到自身引力网的纠缠，一旦跨出室女超星系团的范围，即在超星系团际的水平上，就能看到哈勃流，也即纯宇宙膨胀速度。而南向天体流也就是在这里露面的。
十几年前，一批专家分析了室女超星系团之外的96个星系的数据，似乎有一个南向天体流，其速度在500千米/秒左右。这令人吃惊的，倒不是其速度，而是其方向。这表明，这些超星系团受到其他力的影响，从而形成了叠加在宇宙膨胀之上的一种运动。不过当时科学界对这些发现反应冷淡，把它看作是一种取样偏差所造成的后果。
可是如今据“南流”的数据来看，它丝毫无误。伯尔斯汀等人研究了约400个椭圆星系，并观测到室女超星系团及其附近的超星系团都向南漂流，其速度在700千米/秒左右。
一些理论家认为，这一南流的起源可能来自一个宇宙性的物质结聚的引力，果真如此，则寻找它的庐山真面目，眼下还较困难，因为这一南流矢量处在银河平面之后，可见光被其所阻，当然，用其他的电磁辐射探测手段还是可行的。
还有一种看法是，我们的室女超星系团及其邻居皆从属于某个特超星系团而后者又是一个还要大的特大超星系团的一部分，也就是说，天外还有天，而这个天，我们迄今尚不知悉。曲莱隆打算记录南流矢量附近的1400个星系的红移值，以查明那里是否存在着一个超密的星系结聚，以及它们是否显出速度异常。如果确如此，那将说明确有特超星系团这样的更大宇宙结构。
也有较少的研究者提出相反的看法：南流并不威胁膨胀宇宙的理论，哈勃流仍是宇宙的主宰，因为这种南流的速度不会超过宇宙膨胀率的15％。但他们承认，这的确使得现行的宇宙演化理论复杂化了，很明显，宇宙在大尺度上是均匀的。这个证据主要来自宇宙微波背景辐射，因它具有99.8％的各向同性。按理论，这一辐射是宇宙原始大爆炸的余晖，若宇宙在大尺度上是不均匀的，那么势必在这一辐射的不同角度上显出差异。但同样明显的是，宇宙的不均匀性，要比过去理论家所推测的大得多。这一事态，使科学家处在宇宙的均匀性与成团性的两种观点之间。
也许人们一直考虑的暗物质，能伸出解围之手，它们可能是一些大量的、奇怪的亚原子粒子；也可能是宇宙绳，它早已把原始物质吸积成特超星系的凝乳，或者是以超对称弦构成的影子宇宙，正牵着我们向它奔去。
所有这些都是可能的，有待于进一步的探索，我们可能正处在一个大突破的前夜，有幸能看到科学界找出的答案。
大气层之谜
古希腊的亚里士多德曾推想；地球由四个层次构成，它们是土层、水层、空气（即大气层）和火（这只能在闪电时偶然见到）。
1644年，托里切利和维瓦尼通过实验证明大气是有重量的，因而也必然存在有限的高度。不仅如此，他们甚至推算出了大气层的厚度大约是8千米。
到了1662年，波义耳通过实验得知，气体受到压力时体积会收缩，所以在大气层的垂直方向上。海平面上大气最稠密，越向上越稀薄。这样，人们开始意识到大气层厚度绝对不止8千米。如果再考虑到气温的变化，那么大气层的上界在何处这个问题，就变得更加扑朔迷离了。
很多科学家为了探索这一课题，做了不懈的努力。到了20世纪40年代，火箭技术获得了成功，人们用火箭探测大气上界的限度已超过400—500千米。后随着空间技术的发展，人们发现极光大约出现在800～11200千米上空，因此有的科学家把1200千米作为大气的物理上界。
随着对大气层的不断认识，美国科学家施皮策又把500～1600千米的高度称之为“外大气圈”，并认为大气由这一高度逐渐消融到星际特质之中去了。
目前，天体物理学研究表明，星际物质的中性气体质密度为1个/厘米3。根据这个极限和卫星提供的资料表明，大气层上界大约是2000～3000千米。
还有一些科学家不断提出新的观点。如比利时的尼克莱发现320～1000千米高度范围存在一个“氦层”，在“氦层”以外，还有一层更稀薄的“氢层”，它可能延伸到64000千米左右的高空。
地球上大气上界的高度，常常因科学家们根据和目的不同而结果相差很大，因此要精确划定大气层上界的高度并为众人公认，可能始终是科学研究的一个难题。
地球是太阳系的幸运儿
如果给我们一个原始的地球，那么所有现在的生命都几乎无法生存。可以说，是一代一代的生命支撑起今天的蓝天白云。在地球40亿年的生命进程中，无数存在过的生命的尸体构成了我们立足的基石。
这么说并不过分，因为在我们脚下的土地中，含有大量的碳酸钙，著名的喀斯特地貌就是最典型的碳酸钙地貌，它们能够被雨水侵蚀出诸如桂林山水那样的美丽风景。这当中，碳酸钙就是生命的尸体，否则它们就是二氧化碳。因为在自然界中，二氧化碳是不能被无机物吸收的。假如地球上没有生命，地球就是一颗充满二氧化碳的星球；或者说，地球上曾经有过的二氧化碳是今天的20万倍。
这就意味着，地球早期的气温比现在高100℃多。在太阳系里，最有可能拥有生命的，除了地球就应该是金星了。因为它的大小和地球几乎完全一样，也就是说，它的引力和地球一样。前面我们说到的水的存在条件，金星上也应该都具备。也许，金星就是一个备用的地球，这在宇宙中大概是不多见的。也许就是因为同时有地球和金星这两颗几乎完全相同的星球，最终在太阳系出现了生命。
当然，最终的幸运属于我们。但是，如果生命选择了金星，那也无可厚非，而这只取决于太阳的状态。假如我们的太阳比现在要小一些，那么很有可能幸运的就是金星，而不是地球。
所谓太阳的状态，就是指它的温度和引力。现在的太阳的温度对于金星显然是太热了一些，而对于地球就非常合适。然而，太阳只要温度变化一点点，大约20℃左右，它就会变得对金星合适而对地球不合适了。所谓温度变化，就是太阳的质量的大小，只要太阳比现在小十分之一，那么今天就可能是金星上的生命研究地球了。
地球和金星在温度上的差异可能就是一场雨，因为早期地球的表面温度也不低，但是那些在厚厚的大气中游荡的水分子还是得到了机会能够落到地表上。尽管40亿年前的地球上雨水几乎像热水浴一样，但毕竟是能够落下来了。而且，由于当时地球上的二氧化碳非常浓，地球的大气压也远比今天高得多，所以水要达到150℃以上才会沸腾。
总之，早期的地球到处都是“火锅”，而早期的生命和有机物就在这种情境中开拓混沌。这是一些多么坚强的生命啊！生命的立足太重要了。一旦生命开始在早期地球的火烫的地面上挣扎，地球的命运就要由它们说了才算。
这些生命的最大特点就是“吃”二氧化碳，这是它们唯一的食物，而阳光就是使它们能够消化二氧化碳的酵母片。在光子的光合作用下，二氧化碳被分解成早期生命需要的碳和不需要的氧。
正是这一简单的分离，40亿年之后，宇宙中的智慧生命就诞生了。早期生命不断吞噬二氧化碳，这丰富的资源使地球的早期生命繁衍得很快。从今天的地貌来看，喀斯特地形非常普遍，也就是说，早期的二氧化碳几乎把如今的地球上装修了一层地板。我们就站在这层二氧化碳的地板上眺望蓝天白云。
也许就是第一场雨没有落到金星上，这场至关重要的雨可能落到离其地面还有几十米的时候就蒸发了。就差这么一点点，金星的生命连挣扎的机会也没有了。因为再坚韧的生命也总是需要一个起码的条件：水。哪怕这水是加了“火锅”里的各种辛辣佐料的水。
生命诞生之谜
解释生命诞生之谜得由化学概念开始。人体由不少于25种不同的化学元素组成，而世上存在100种自然产生的化学元素，最小的为氢，最大的是铀。所有这些元素来自哪儿？为什么我们拥有如此丰富的化学可能性？首先简要的说明一下。
氢从创世大爆炸后不久即存在，几乎所有其他要素中都是在这过后才被创造的，例如透过超新星的爆炸，这些超新星爆炸对于生命也是重要的，因为它们把新产生的元素吐进外层空间，并形成新星系或新生命，我们身体里的大多数要素，都产生在太阳形成之前，我们的生命其实很大程度上由星尘所组成的。
那些决定性元素的产生，都是由更小的原子的原子核透过核反应熔合产生更大的原子的原子核，并释放出生命诞生必需要的能量；而核反应熔合的第一步，就是两个氢原子的结合，形成氘，氘是整个生命诞生链里的第一个和至关重要的元素，氘如果不能形成，宇宙可能除了氢以外就不会有另外的元素了，所有生命（如果还存在的话）都会由氢这单一元素所组成。而且，核反应失败，新星也会停止形成。因此，一切生命都取决于能否熔化和制造氢和氘。
这里出现第一个人类生命的巧合。
熔化和制造氢和氘的自然力量，如果这力量并不是刚刚好，而是弱了百分之十，人类生命就不会出现。不止如此，如果这力量稍稍强了百分之十，生命也永远不会出现。可是，一切力量却全都刚刚好操控在这理想的百分之十之内，因而最终产生了人类的生命。核反应没有稍稍快了一点，另一方面，核反应却也没有在生命来临之前就耗尽，一切都是刚刚好，天衣无缝。
这时候第二个生命的巧合来了：当氢和氘被成功制造了之后，氘原子透过同样的熔化过程结合成氦原子，但氦原子必须形成更大的原子，但问题是：两个氦原子的结合，是违反物理定律的，也就是说，两个氦原子结合根本是不可能的。
两个氦原子不能结合，但在熔化的新星内部，他们却能相撞并“暂时”黏在一块，有多“暂时”呢？大概是千亿亿亿分之一秒吧。
这还不止，在这千亿亿亿分之一秒里，偏又剐好，有第三个氦原子粘上来，这样，氦原子就能结合了，诞生了宇宙第一个C＼＋＜12＞差不多宇宙中所有的碳也是这样婀情况之下产生的，没有碳，也就永远不会有现在的生命。生命的起源，就是不可能的居然发生了。
接着，又出现了第三个更巧合的巧合。
这样一次稀有的事件不足以让生命诞生，除非某些事情大大提升它的效力：有谐共振。而有谐共振必须保持在一定的能量水平上，才能发挥效用。曾经出现的那次，让生命诞生的有谐共振，其能量水平如果高了一点儿或者低了一点儿，人类生命也不会出现，然而，一切又是刚刚好，恰恰好，天衣无缝地，被放在一块。
生命的巧合和幸运还远不止此，接着的例如，电磁作用刚好比核力量弱一百倍，爱因斯坦所说的奇异的空间平坦（大爆炸后宇宙空间只出现极轻微弯曲），不是一元二元也不是四元五元而是刚好三元次方的世界，刚好平衡的量子世界，宇宙的历史和生命诞生的历史刚好配合，等等。
总而言之，生命的幸运，是比任何戏剧效果还惊人的一连串巧合的结果，如果把那些可能性的比值相乘，得出的生命诞生的可能性，可能是科学史上曾经出现过的最低的一个值。
神秘的地心
在中学地理课本中，我们了解到地球由地壳、地幔、地核三部分组成，然而这种认识应当说是很肤浅的。因为就目前来说，我们只能“触摸”到地球表面薄薄的一层壳。地球的最高峰珠穆朗玛峰的高度为8848米，而最深的勘探井（在科利斯半岛）深约12千米。对比这些数字，我们会发现，人们可以直接研究的地球表层的厚度仅为20千米左右。那么，再往底下是什么？地球内部中心究竟为何物？这是千百万年来始终令人困惑不解的一个谜。
在很早以前，就存在着“地球中空”的假说，认为在地球内部存茁着一个“生命世界”。尽管目前我们还没有什么证据证明地球不是中空的，但“地球中空”假说也并没有令人信服的证据。
19世纪后期，人们注意到了这样一种现象：火山喷出熔岩的温度随着深度而增高。根据温度随深度增加的速率来计算，地心的温度竟可达10万℃左右。在这样高的温度下，即使地心具有极高的压力，任何物质也都会变为气体状态。于是许多研究者提出了“气态地核说”。
但是许多学者认为这一学说是建立在钻井和火山资料基础上的，因此所推测出的地心高温概念是不可信的。19世纪末，人们通过重力测量求出了地球密度值为5.52克/厘米＼＋3。它比地表任何岩石的密度都大许多，因此推想地核内部一定有密度更大的东西。
19世纪中期到20世纪初期，地震波的研究，对人们探索地球内部的奥秘提供了一个好帮手。
第一个利用地震仪探索地球内部奥秘的是前南斯拉夫的地震学家莫霍罗维奇。1909年10月8日以前南斯拉夫的萨格勒布发生了一次强烈地震，莫霍罗维奇在研究这次地震所记录的数据时，发现地震波传播的速度在地表下面33千米处存在一个不连续的跳跃，说明在这一深度的上下物质密度相差很大。以后，科学家确证这个球面是地壳和地幔的分界面，并以莫霍罗维奇的名字来命名，称为莫霍不连续面，简称莫霍面。
1914年，地震专家古登堡在探测远方地震所发出的地震波时，又发现在地表下面2900千米处，地震波的传播速度也发生了急剧改变。这里是地幔和地核的分界面，地学上称作古登堡面。
通过进一步的研究，人们知道了地幔的物质具有固态特征，它的上部由含二氧化硅24％～45％左右的超基性岩组成，性质类似橄榄岩，因此，被称为橄榄岩层；同时，它又含有丰富的硅和镁元素，又称它为硅镁层。
1936年，丹麦地质学家莱曼对地核中传播的地震波速度进行了更精确的测量，又发现地核可分为内核和外核两部分，内外核的分界处在地表下5100千米处。外核中地震波横波不能通过，人们推测它为波态。而到内核，横波又重新出现，说明它是固态的。由于地震波在整个地核中的传播速度与它在高压下铁的传播速度相等，人们很自然地想到地核可能是高压状态下由铁、镍一类物质构成的。
近年来又有人提出地球有个“黄金核”的说法，据持此观点的人测算，以铁、镍为主要成分的地核（其半径3473千米）之中，黄金的平均含量是地壳平均含金量的600多倍，地核中的黄金总含量竟多达.500亿千克。
然而，并非所有学者都同意上述观点，又先后有人提出了“金属氢地核说”、。金属氢化合物地核说”、“铁硫地核说”、“铁硅地核说”、“铁氧地核说”，等等。所有这些学说都只是人类用智能对地球内部情形的间接“窥视”，人们无法直接用肉眼去证实这些说法，所以地球中心为何物仍是一个谜。
地球之水哪里来
在太阳系里，地球是颗得天独厚的天体，它离太阳不近也不远；温度不太高也不太低；有稠密的大气层和丰富的水资源。据计算，地球上的水的总量达到145000亿亿千克。它广布于地球的各个角落。江河湖海是它们的故乡；地下、大气、岩石和矿物中有它们的踪影；甚至在所有生物体中，水几乎占有它们组成物质的三分之二。
水使地球生机盎然，水使地球生命能繁衍生息，水带来了人类文明世界进步。当人们放眼宇宙时，才发现地球与其他行星比较起来，是那么特殊，地球是唯一拥有液态水的行星。那么地球之水是从哪里来的呢？
很多人这么认为，地球之水与生俱来。
太阳系形成假说——星云说认为，地球和太阳系的各大行星，均起源于一个原始星云——太阳星云。太阳星云起先是非常疏散的。在万有引力的作用下，大的物质吸引小的物质，最后在中间形成了太阳，周围形成行星。在行星演化的漫长过程中，由于受到中心天体——太阳热力和引力的影响，气物质、冰物质和土物质的分配是不均匀的。它因距太阳远近不同而不同。地球离开太阳较近，所以它主要由土物质组成，也有少量的冰物质和气物质参与。其中参与组成的冰物质就成了地球上水的来源。
科学家认为，地球之水除与生俱来的外，还通过自身的演化而不断地释放。例如在火山活动区和火山喷发时，都有大量的气体喷出，其中水蒸气占75％以上。还有，地下深处的岩浆中，也含有水分，而且深度越大，含水越多。除此以外，和地球同宗同祖的陨石，里面也含有0.5％～5％的细微水分。由此可以证明，在由土物质组成的地球中有着一定数量的水。
然而，随着人们对火山研究的深入，有人发现，火山活动时释放的水，并不是新生的水，而是渗入地下的雨水。科学家是通过测定这些水的同位素以后才认识到这一点的。因此这种有根有据的说法无疑对“地球之水与生俱来”的假说是一种挑战。
为了寻求地球之水的渊源，有人把眼光投向了宇宙。他们说，地球之水的主要来源是在地球形成之后，从宇宙中添加进来的。
1961年，有一位叫托维利的科学家提出了一个令人耳目一新的假说。他说，地球上的水是太阳风的杰作。
太阳风顾名思义就是由太阳刮起的风。当然这种风不是流动的空气，而是一种微粒流或叫作带电质子流。太阳风的平均速度达每秒450千米，比地球上的风速高万倍以上呢！当太阳风向近地空间吹来时，绝大部分带电粒子流被地磁层阻挡在外，少量闯进来的高能粒子马上被地球磁场捕获，并囚禁在高空的特定区域内。
托维利认为，太阳风为地球作出了有益的贡献，那就是为地球送来了水。这话该怎样理解呢？
托维利经过计算指出，从地球形成到今天，地球已从太阳风中吸收的氢总量达1.70×1023克。若把这些氢和地球上的氧结合，就可产生1.53×10＼＋＜24＞克的水。这个数字与现在地球上水体的总量145000亿亿千克十分接近。更重要的是，地球水中的氢和氘含量之比为6700：1，这与太阳表面的氢氘比也十分接近。因此，他认为地球之水是太阳风的杰作。
但是，反对这种意见的人提出了质疑：水虽有可能来自太空，却也在不断地向太空散逸。这是因为大气中的水蒸气分子会在阳光的紫外线作用下发生分解，变成氢原子和氧原子。
氢原子由于很轻，极容易摆脱地球的束缚，飞向星际空间。据计算，它的逃逸数量与进入地球的数量大致相等。因此，他们认为，如果地球之水光靠太空供给，而自身没有来源的话，地球不可能维持现有的水量。
地球上每天都在接纳天外来客——陨石。这些来自太空的不速之客大部分是石陨石和铁陨石，但也有一些是冰陨石。加入地球“家庭”的冰陨石究竟有多少？它们对地球之水的贡献如何？人们从未注意过，也许认为它们的数量微乎其微，无足轻重。
不久前，美国依阿华大学的科学家弗兰克提出一个论点。
原来，弗兰克在研究人造卫星发回的图像时，对1981～1986年以来的数千张地球大气紫外辐射图产生了兴趣。他发现，在圆盘形的地球图像上总有一些小黑斑。每个小黑斑大约存在2～3分钟。这些小黑斑是什么？经过多次分析，否定了其他一些可能之后，他认为这些黑斑是由一些看不见的由冰块组成的小彗星，撞人地球外层大气后破裂、融化后变成水蒸气造成的。
他还估计，每分钟大约有20颗平均直径为10米的这种冰球坠入地球。若每颗可融化成水100吨，则每年即可使地球增加10亿吨水。地球形成至今已有46亿年历史，这么算来，地球总共可以从这种冰球上获得460000亿亿千克水，是现在地球水体总量的三倍以上。即使扣除了地球历年散失掉的水分，和在各种地质作用中为矿物和岩石所吸收，以及参与生物体组成的水之外，仍然绰绰有余。
地球之水来自天外冰球的说法，虽然有一定道理，但也受到了挑战。一些研究者在对“旅行者2号”航天器拍摄的大量照片研究之后，否定了大量冰球飞人地球的看法。因此，地球之水从哪里来还没有定论。
地球磁场之谜
地球是一个天然的大磁体，无论在陆地、海洋，还是天空，都能够感受到地球磁场的存在。我国古人很早以前就对地磁现象有所认识，中国古代四大发明之一的指南针，就是利用磁针在地球磁场中的指极性制成的。
历史上，第一个提出地球磁场理论概念的是英国人吉尔伯特。他在1600年提出一种论点，认为地球自身就是一个巨大的磁体，它的两极和地理两极相重合。这一理论确立了地球磁场与地球的关系，指出地球磁场的起因不应该在地球之外，而应在地球内部。
1893年，数学家高斯在他的著作《地磁力的绝对强度》中，从地磁成因于地球内部这一假设出发，创立了描绘地球磁场的数学方法，从而使地球磁场的测量和起源研究都可以用数学理论来表示。但这仅仅是一种形式上的理论，并没有从本质上阐明地球磁场的起源。现在科学家们已基本掌握了地球磁场的分布与变化规律，但是，对于地球磁场的起源问题，学术界却一直没有找到一个令人满意的答案。
目前，关于地球磁场起源的假说归纳起来可分为两大类，第一类假说是以现有的物理学理论为依据；第二类假说则独辟蹊径，认为对于地球这样一个宇宙物体，存在着不同于现有已知理论的特殊规律。
属于第一类假说的有旋转电荷假说。它假定地球上存在着等量的异性电荷，一种分布在地球内部，另一种分布在地球表面，电荷随地球旋转，因而产生了磁场。这一假说能够很自然地通过电与磁的关系解释地球磁场的成因。但是，这个假说却有一个致命缺点，首先它不能解释地球内外的电荷是如何分离的；其次，地球负载的电荷并不多，由它产生的磁场是很微弱的，根据计算，如果要想得到地球磁场这样的磁场强度，地球的电荷储量需要扩大1亿倍才行，理论计算和实际情况出入很大。同时，该理论还难以自圆其说的是，地球表面的观测者随着电荷一起旋转，对于电荷来说，不存在什么相对运动，没有电流又何谈磁场呢？
以地核为前提条件的地球磁场假说也属于第一类假说，弗兰克在这类假说中提出了发电机效应理论。他认为地核中电流的形成，应该是地核金属物质在磁场中做涡旋运动时，通过感应的方式而产生的。同时，电流自身形式的场就是连续不断的再生磁场，就像发电机中的情形一样。弗兰克所建立的模型说明了怎样实现地球磁场的再生过程，解释了地球磁场有一定的数值。但是在应用这种模型的时候，却很难解释地核中的这种电路是怎样通过圆形回路而闭合的。此外，这个模型也没有考虑到电流对涡旋运动的反作用，而这种反作用是不允许涡旋分布于平行赤道面的平面内的。
属于第一类假说的还有漂移电流假说、热力效应假说和霍尔效应假说等，但这些假说都不能全面地解释地球磁场的奇异特性。
关于地球磁场起源的第二类假说，这其中最具代表性的就是重物旋转假说。
1947年，布莱克特提出任意一个旋转体都具有磁矩，它与旋转体内是否存在电荷无关。这一假说认为，地球和其他天体的磁场都是在旋转中产生的，也就是说星体自然生磁，就好像电荷转动能产生磁场一样。但是，这一假说在试验和天文观测两方面都遇到了困难。在现有的实验条件下，还没有观察到旋转物体产生的磁效应。而对天体的观测结果表明，每个星球的磁场分布状况都很复杂，尚不能证明星球的旋转与磁场之间存在着必然的依存关系。
因此，关于地球磁场的起源问题，学术界仍处在探索与争鸣之中，尚没有一个具有相当说服力的理论，能对地球磁场的成因做出解释。
地球重力异常之谜
世界尚有那么多现代科学无法解释的现象，包含着不可思议的谜，如美国加州的神秘点。
从旧金山搭车沿公路南下，不到两小时就抵达一个名叫圣塔克斯的小镇，神秘点就在离该镇约5分钟车程的近郊。
该处附近的树木都斜向一方生长。有两块长50厘米、宽20厘米的石板埋在地面，间隔约40厘米，乍看没什么不寻常的地方，其实两块石板就是不可思议的神秘点。
当两个身高不同的人分别踏上两块石板时，就会发生最不可能的事：身材矮的竟然会变得比原来身材高的人高！
两人之间仅有40厘米的距离，但却产生了身高的变异，这不禁使人目瞪口呆。但当两人再踏出一步时，两人的身高又恢复正常，这真是不可思议的事情。
再尝试互相交换位置，高的一个又变矮了，这些现象旁观者最能看清楚，只有一步之差却能使身材忽高忽矮。
也许这两块石板不是水平的吧，或者某端高了点吧。但如拿出水平测量仪来测量，仪器上却呈现水平状态。
就算站在石板上用皮尺量身高，然后换到另一块石板上照样量一次，两边仍显示着同样的高度。如果在这两点上，人体身高有伸缩，那么，皮尺也应测出不回的长度，然而两边的身高确实相同，是否皮尺也在做同样的伸缩？
到达神秘中心点，这里会发生更惊人的事情。绕着该处一幢破烂小屋，在它肮脏的外围走了一圈进入屋内后，便会发生使人简直不敢相信自己的眼睛的现象：里面有许多向左倾斜站立的人，正彼此指着对方嘻嘻地发笑。
他们原来是早来的游客。只因为这个中心点有向一边倾斜的强烈引力，所以看来每个人都是斜立着。游客纷纷尝试做各种姿势，有些人甚至能笔直地倒立。
这幢破旧的木屋，倾斜地靠在树干边，其倾度像是完全倚靠在这株大树上似的。走出小木屋前的大片空地，每个人都像要跌倒似的斜立着。冥冥中像有股强烈的吸力把人拉向斜立的姿势。小屋一堵墙上凸出一块木板，谁看了都会误认为是条斜坡道。如果在木板的上方放一个高尔夫球，虽然木板看上去是斜的，球却停在原处一动也不动。而用劲将球推下，还会发现球滚到半途又像受牵制般地再滚回原处。无论如何推动都是同样的结果，球最后还是回到木板上方。而且推球时会发现似乎有股阻力使球很难推下去。
更让人惊讶的是，当进入神秘点的狭窄人口时，发现地下倾斜竟相差30。左右，一进去就有股视力无法看到的强力把身体推向另一方，尽管人死命地握住壁上的柱子仍然免不了被拖至中心的重力点。由于重力的异常，在里面呆上10分钟，人就会产生像晕船一样的反胃欲呕的反应。
该处的向导像忍者一样一步步地爬上墙壁，并没有依靠任何支撑物便可举着两手轻松地在墙上走动，并且在半途还能倾斜地站立，面对游客微笑。可见墙壁的另一面有强烈的引力在起着作用。
天花板破烂不堪，从破洞中可看到怪异扭曲的大树飞向天空。因为磁场不平常，在这神秘点的上空，飞机会因为仪器受到干扰而脱离航线；鸟儿经过上空时也会因头昏眼花而掉到地上。
走进隔壁的房间，将发觉一种奇怪的现象，完全不能以科学的观点来解释。屋顶的横梁上垂着一串铁链，下面悬着很重的坠子，该坠子直径大约25厘米、厚约5～6厘米，形状像个圆盘。欲把这个坠子推向一边，只要将手指轻轻一触就能动了，但从反方向推时却要用尽全力才能将它移动。这可能因为异常的引力向同一方向作用，所以才会发生这种现象。
综合起其他现象，如身高的伸缩，球会自动向上滚动，斜站在墙壁上等等，这个神秘点可说是个充满着违反物理定律的怪地方。唯一可以理解的就是这个地带的重力是异常的，物体不是与其他地方一样受地心吸力所吸引。
然而，究竟是什么东西使得这神秘点的重力场与外界截然不同？它又是如何发生作用的？这都是尚待科学解释的谜。
地震之谜
地震同刮风、下雨一样，是一种经常发生的现象。据统计，地球上每年能测到500万次大小的地震。由于许多小于2级的地震（微震）不被人们察觉，而相对来说发生大地震的次数较少，比如每年7级到8级的地震只有10多次，8级以上只有一两次；况且，许多地震发生在荒山野岭或汪洋大海中，因此每年发生地震的次数虽然很多，可被人们察觉的并不多。
一般地，科学家们把地震原因归纳成以下几种：
地壳的上层压力过重，地下的石灰岩洞突然塌陷，会发生地震，这叫陷落地震。这种地震影响小，发生次数也少。
火山喷发时，岩浆冲出地壳，发生爆炸，使大地震动，这叫火山地震。这种地震影响也不大，次数也不多。
影响最大，次数也最多的是构造地震，这种地震是由于地壳运动引起的。地壳在运动过程中，坚硬的岩石有时会改变形状，引起破裂，这就形成了构造地震。
最近，一些科学家，如德国的克劳斯·沃格尔、美国的马丁·科古斯等认为，地震是由于地球体积不断增大引起的。他们解释说：地球最初的直径只有现在的55％—60％。由于地球内部的原因，如温度的变化、冰层的溶化导致地球体积增加，从而引起地球表面板块破碎并互相分离。大量的水充溢于板块之间形成海洋。地球的这一发展进程，始于2亿年前。
地震是什么原因所致？目前这还是一个谜。
雷电之谜
仲夏时节，每当天空乌云翻滚、狂风呼啸之际，一场大雨即在眼前。这时，就会有一道道闪光划破云幕，宛如条条金蛇飞蹿，紧接着就会传来一声声震耳欲聋的霹雳，这就是自然界中威力无比的雷电。
雷电是空中云层发生的大气放电现象。据统计，地球上平均每秒钟就有上百次电闪雷鸣发生，可见，这是一种发生频率很高的自然现象。由于云层放电时，将产生剧烈高温、强电流及电磁辐射和冲击波，因而常常造成飞行事故，弓l发地面火灾，破坏通讯设施和输电系统，给人们生活和社会活动带来许多灾害。
在遥远的古代，由于人们对自然界缺乏认识，看到雷电引起的森林火灾和雷击事件，往往十分恐惧，以为这是上天的力量，因而编撰了许多神话传说。在中国古代民间，把雷电视为天神，流传着“雷公”“电母”惩罚恶人的故事。在古希腊神话中，雷电被誉为万神之王宙斯手中震慑群神和人类的武器。只是到了近代，人们才从科学的角度对雷电现象有所认识。1752年7月，美国科学家富兰克林做了一次震惊世界的试验，利用风筝捕捉雷电，成功地把雷电从天空中引导下来，从而揭开了雷电现象电本质的秘密。
现在人们已经弄清楚了，雷电形成于一种叫积雨云的云层中，这种云是炎热季节里暖空气和冷空气发生强烈对流的产物，具有云体高大、云冠高耸之特点。当积雨云云层界面所积累的电荷形成的电位差达到1万伏特时，大气就会发生电离而被击穿，产生放电现象。
由于在十万分之几秒的极短时间里，l万至10万安培的峰值电流在直径仅几厘米的闪电通道内通过，所以闪电通道会迅速增温至几万度，并产生爆炸式膨胀。闪电通道在以30—50个大气压向外膨胀的过程中，形成了冲击波，以5千米/秒的高速度向四周扩散，然后逐渐衰减为声波，这就是我们所听到的隆隆雷声。此时，炽热的高温使闪电通道内的空气完全电离，发出耀眼的光亮，这就是我们看到的闪电。因为光速快于声速，所以发生雷电时，总是先看到闪电，后听到雷声。
但是，时至今日仍使科学家们迷惑不解的是，为什么翻腾不息呈电中性的云朵，会突然间变成高压放电器？是什么力量使云层极化出如此大量的异性电荷呢？
关于雷电的成因，学术界流行着几种假说。一种假说认为，雷电形成于“温差起电效应”。一般说来，积雨云内的气温可从10℃降到-30℃～40℃，因而云体内存在着水汽、水滴、冰晶，以及过冷水滴和雪花、冰晶的混合物——霰。当积雨中的冰晶和霰粒发生碰撞摩擦时，会使霰粒表面局部温度上升，与冰晶形成温度差。在温差起电效应的作用下，冰晶和霰粒分别带上了正电荷和负电荷。随着云中的空气对流，逐渐形成正负电荷的明显分区，于是产生了电位差。当电位差达到一定程度时，就会发生大气放电现象。
这一假说虽然解释了积雨云中正负电荷的产生机制，但是并没有阐明电荷的极化过程，难道说仅仅依靠空气的对流就能使正负电荷发生分离吗？理由显然是不充足的。
还有一种假说认为，降雨也许是驱使正负电荷分开的原因。其观点是，以大雨滴或冰珠形式倾泻而下的雨水携带着负电荷，这样，像小尘粒和冰晶带有正电荷的微粒就会在云层上端积聚起来，结果产生了足以引起闪电的电场。
为了验证这一假说，美国一些科学家利用雷达来测试闪电之后降雨速度的变化情况。按道理说，假如雨滴是逆电场力而降落，速度必然受阻，闪电之后，电场强度减弱，降雨速度就应自然加快。然而，试验的结果是，闪电前后降雨的速度并没有什么变化。这就意味着，降雨不是驱使正负电荷分开的原因。
那么，雷电到底是怎样形成的呢？对此，科学家们依然是众说纷纭，莫衷一是。
第二章 神奇的自然现象
球形闪电之谜
电闪雷鸣是常见的自然现象，但令科学家们感到惊奇的球形闪电却是罕见的。球形闪电形如圆球，有时很小，有时却比足球还大，它的颜色多变，时而呈鲜红色或淡玫瑰色，时而呈蓝色或青色，时而呈刺眼的银白色，有时竟然是黑色。它的运行速度非常缓慢，有时与人们跑步的速度差不多。它有时发出轻微的呼哨声、喊喊声或咝咝声，人们的眼睛很容易跟踪观察它。它行进的方向和风向一致，喜欢跟随过堂风和自然风飘游，因而有时会通过开着的门窗或炉子烟囱及各种缝隙钻进室内。有时它还停止不动，悬挂在人们的头顶上。当碰到障碍物时，它常会爆炸而发出巨响，也可能无声无息地消失。
北宋著名科学家沈括在《梦溪笔谈》中，记述了一次球形闪电的实况，描述了暴雷运行的过程。球形闪电自天空进入“堂之西室”后，又从窗间檐下而出，雷鸣电闪过后，房屋安然无恙，只是墙壁窗纸被熏黑了。令人惊奇的是屋内木架子以及架内的器皿杂物（包括易燃的漆器）都未被电火烧毁，相反，镶嵌在漆器上的银饰却被电火熔化，其汁流到地上，钢质极坚硬的宝刀竟熔化成汁水。令人费解的是，用竹木、皮革制作的刀鞘却完好_无损。上述奇异现象，令沈括及历代科学家们无法做出准确解释，成为历史上的一个悬案。
弗兰克.莱思在他的著名作品《大自然在发狂》中记录了一个事实：在俄罗斯某农庄，两个小孩子在牛栅的屋檐下避雨时，忽然天空中飘下一个橘红色的火球，首先在一棵大树顶上跳来跳去，最后落到地面，滚向牛棚，像烧红了的钢水似的，不断地冒着火星。两个小孩吓得一动不敢动。当火球滚到他们脚前，年纪较小的一个，忍不住用力猛踢了火球一脚，轰隆一声，奇怪的火球爆炸了，两个小孩被震倒在地，但没有受伤，可是牛棚里的12条牛却死了11条，幸存的一条并未受伤。
在美国尤尼昂维尔小城，一次狂风暴雨，雷鸣电闪之后，某家庭主妇打开电冰箱一看，十分惊奇地发现里面放着烤鸭、熟蛋和煮透的莴苣菜，可是她记得清清楚楚，这些东西放进冰箱时全部都是生的，怎么会变成熟的了呢？原来这个家庭主妇离家外出时，忘记关上窗户，一个球形闪电从窗户飘进屋内，然后钻入电冰箱里，刹那间把冰箱变成了电炉，烤熟了冰箱内的食品。有趣的是，电冰箱竟然没有损坏，还能照常使用。
苏联有一架“伊尔-18”飞机，在1200米高空飞行，遇到雷雨，一个直径为10厘米的球形闪电闯入飞机驾驶舱，一声巨响后爆炸了。可是几秒钟后，它却令人难以置信地通过了密封的金属舱壁，在乘客座舱处分裂成两个光亮的半月形，随后又合并在一起，最后发出不大的声音离开了飞机。驾驶员发现机上的雷达和部分仪表失去效能，只好驾飞机立即着陆。做地面检查时，发现在球形闪电进入和离开处——飞机头部外壳板和尾部各有一个窟窿，但飞机内壁没有任何损坏，乘客也没有受到任何伤害。
1955年夏天，苏联著名物理学家德米特列耶夫正在奥温加湖畔度假；8月23日傍晚，下了一场暴雨，德米特列耶夫正站在大楼门前观赏自然景色。这时空中掠过一道强烈的闪电，一两分钟之后，一个淡红色的火球在离地面2米半的空中，缓慢地向他站立的方向飘来，黄色、绿色和紫色的火星四溅。当火球接近他时，改为向上浮动，并且在空中一动不动地停留了几秒钟，然后飘向远处森林，在一棵树枝，上“降落”下来。火球剧烈地发射出火星，很快又熄灭了。当德米特列耶夫清醒过来以后，只觉得火球经过的地方，空气中有股少有的清新气味。职业的本能驱使他立即取来烧瓶，采取空气样品，经化验分析，发现其中含有大量的臭氧和二氧化氮，其含量大大超过正常值，这表明在火球内部很可能发生过某些化学反应。
球形闪电这种奇特的自然现象国内有过记载，但都发生在地势很高的地方。如泰山、黄山山顶。在地势低的桂林，竟然也出现了球形闪电，实为罕见。
球形闪电和一般闪电的机理不同。它是怎样形成的？为什么会成为火球形态？火球的能量来自何方？为什么球形闪电的发光时间很长（从几秒到几分钟）？火球的发光原理是什么？它为什么能保持球形并且能够移动？为什么它有时发出轻微的噼啪声而最后消失掉，有时却震耳欲聋地爆炸呢？诸如此类的问题长期以来令世界各国的科学家苦苦探寻，不得其解，各种假说相继问世。
法国科学家马季阿萨认为，球形闪电是一些大气的氮和氧的特殊化合物，它们在普通闪电的周围形成，并在冷却时消失。
苏联科学家普·切尔文斯基认为，火球是一种带强电的气体混合物。球体是不稳定的，可以因为各种原因而发生爆炸，但在某些条件下碰到导电体后可能会因放电而减弱。
苏联科学院地磁、电离层和无线电波传播研究所的一些学者认为，球形闪电产生于雨水落进普通闪电槽里之时，它的分子粘满正离子和负离子，从而形成非同一般的外层，即形成一个球形的特殊外壳。
有些学者根据已知气体的性质加以判断：球形闪电消失后的浅褐色烟雾，是二氧化氮，而空气中相当强烈的清新气味则是臭氧。从而推测，球形闪电可能是因为有某种气体进入臭氧集中区。使臭氧很快分解而形成。
还有很多学者认为，球形闪电是一个等离子凝团，是一种脱离开原子的电子离子混合物。不过这种等离子体不像在热核反应时变得那样极度炽热，而是“冷的”，基本上就像日光灯里的气体一样，不能炽燃。当气体放电的时期，它才能产生，而雷雨时的闪电就是这种放电。等离子凝团无论在普通闪电后，还是在普通闪电的“锋芒上”都能产生和出现。在此情况下，球形闪电“窃取”了普通闪电并从那里得到生成的能量。
火山爆发之谜
火山喷发是地下岩浆喷发于地表的现象。火山喷发的景象壮观而奇特，同时伴有惊人的破坏力量。早在公元79年，意大利的庞贝城就毁于维苏威火山爆发。
火山爆发所造成的严重灾害，引起了科学家们对火山研究的重视。自18世纪开始，特别是19世纪以来，科学家们开始从地球物理学的角度去探索火山的成因，先后提出了几种火山成因假说。
早期的地球散热说认为，地球由于不断散热使地壳冷却而收缩，因此压迫了地球内部的熔融体。熔融体的原体积相应缩小而产生强大的“弹力”作用。外部压力不断增加，地球内部的岩浆通过不同途径喷出地表，即形成火山爆发。
与散热说类似的岩石粉碎说认为，地球由于逐渐收缩而产生强大的内压力，这种压力促使地球内部产生热能，并把岩石粉碎为熔融体。熔融体沿着地壳薄弱地带进射而出，造成火山活动。
还有一种海水渗透假说，它的观点是，鉴于世界火山带大都分布在太平洋、大西洋、地中海等大洋沿岸和岛屿上，也就可以认为：海水通过裂隙渗透到地壳下部的灼热岩浆区里，被蒸发为水蒸气，产生极大的张力引起爆炸，并形成火山通道，迫使熔融的岩浆沿着火山通道喷出地表。
显然，上述几种假说由于受到当时对地球认识局限性的影响，不同程度地存在着错误。如岩石粉碎说，即对地球内部热能产生的假设，明显是错误的，据此提出的火山成因说自然不能成立。又如海水渗透说，依据更不可靠，因为根据我们现有的实验，地下30千米处温度就有400℃左右，水在这里早已汽化，不可能呈液态渗透到岩浆源区内。另外，这一假说也无法解释与海水无关的大陆区火山。
进入20世纪60年代以后，随着海洋科学的发展，人们在积累了大量地壳运动资料的基础上，创立了板块构造理论，于是一些科学家把火山活动与板块运动联系起来。
世界火山的分布是有一定规律的，绝大多数位于大陆与海洋的交界处，或大洋中脊及裂谷上。这些地区大多是板块的边缘，少数位于板块的中央。地球上的火山，用板块学说可以分为板块边缘火山和板块内部火山。如环太平洋火山带都分布在太平洋板块的周围，是板块边缘火山；夏威夷火山位于太平洋板块的中央，就是板块内部火山。
板块边缘火山又可分为两种，一种是沿板块增生扩张带分布的火山，如沿大洋中脊分布的火山带，一般为以玄武岩为主的一次性喷发火山。另一种是沿板块碰撞消亡带分布的火山，如环太平洋东部火山劳瓶位于太平洋板块与北美、南美板块碰撞消亡的地带；地中海一印度尼西壶火山带，就位于非洲板块、印度板块与欧亚板块、太平洋板块相碰撞消亡的地带，一般为以岩质为主的多次性喷发火山。
火山成因的板块学说认为，在板块增生扩张地带，软流圈内的熔融岩浆不断上升涌出，从而形成火山喷发。在板块的碰撞部位，其中有的板块被压迫下沉插入地幔之中，当下沉板块移动到软流圈时，由于来自地幔的热能和相邻板块的摩擦热能，使板块部分熔融，这部分熔融的岩浆就常常在压力作用下，上升喷溢于地表，形成火山。
板块构造理论虽然能够很好地说明板块边缘火山的形成过程，但是对板块内部火山却无法作出解释，这类火山活动与板块运动无关。
如位于海洋板块中心的夏威夷群岛，地质学家称这些岛上的火山口为“热点”。热点并不随板块一起移动，始终固定于一点喷发。板块移动时，原来喷发过的地方随即成了死火山口，热点又在附近的地方喷发岩浆。随着板块的移动，热点就留下一连串的死火山口。目前，全球已确定的热点有60多处，夏威夷群岛火山只是其中的热点之一。科学家们猜测，热点所喷发的岩浆，可能来自地幔内层，但尚不明白这些岩浆是怎样冒到地面上来的。
除此以外，人们对板块成因假说还提出了许多疑问，为什么太平洋中脊的火山活动并不明显？为什么没有环大西洋的火山带？因此，关于火山爆发的原因，还有待于进一步探讨。
地震和火山虽同为地球上的自然灾害，但两者的性质并不相同。地震主要以大地震动为主要特征，而火山爆发则以岩浆喷发为主要表现形式。从表面上/来看，两者不存在任何共同之处。唯一有点联系的是，在理论上认为，两者的威因都与板块运动有关，地震带与火山带的分布大致吻合。巧合的是，对板块内的地震和火山爆发都无法作出解释。到目前为止，尚未发现地震和火山之间有什么内在联系。
石油形成之谜
据史书记载，早在汉代，我国的劳动人民就发现有一种从岩石中流出来的油脂，用火一点就会燃烧，当时的人们称其为“石漆”，这种物质就是我们今天所说的石油。石油作为一种自然资源，是当今世界上使用最普遍的能源和极为重要的化工原料。
然而，关于石油形成的问题，自从100—200年前，俄国两位科学家分别提出了石油的有机成因和无机成因以来，地质学家就分成了两大学派，为此争论不休。
世界上第一个试图探索石油成因的是俄国科学家罗蒙诺索夫。他在1763年提出了一个假设：“地下肥沃的物质，如油页岩、碳、沥青、石油和琥珀……都起源于植物。因为油页岩不是什么别的东西，而是古代从结果实的地方和从树林里被雨水冲刷下来的植物残体形成的黑土，它像淤泥般地深埋在湖底……树脂和石油以它们的重量轻和可燃性表明它们也是同样的成因。”
后来又有人继承和发展了罗蒙诺索夫的观点，形成了石油有机说理论体系，这一假说可具体概括为：石油是由埋藏在地下的动植物遗体变来的。石油一般生成在古代的沉积盆地或浅海和湖泊中，在漫长的地质年代里，这里堆积了几百米至几千米厚的沉积物，其中埋有许多动植物的遗体；这些生物有机物质经过几百万年的地质变化及一系列的物理化学变化，逐渐转变为无数细小的油珠；油珠再汇成油流，油流则集中迁移到地壳中具有封闭构造的地层中储藏起来，最终形成规模较大的油田。石油有机成因说自提出以后，地质研究工作者找到了大量的证据，用啵说明石油的有机形成过程。
尽管世界上找不到成分完全相同的两种石油，但绝大多数石油都含有木同数量的碳氢化合物，这类化合物很容易氧化，在200℃以上便会分解，因而宙们只能来自生物，而不可能来自地球内部和岩浆。另外，化学分析显示，石油求碳12富集，碳13较贫。这两种碳同位素比例与依赖光合作用的生物相似。
1980年底，一些美国科学家潜入加利福尼亚湾瓜伊马斯海盆，考察那里的海底热泉，无意中目睹了在高达600～C的热泉作用下，堆积在这里承受着海水和地层巨大压力的有机沉积物，就像处在石油厂的裂变设备中一样，正在分解裂变成石油。
瓜伊马斯海盆的这一发现为石油有机成因说提供了现实证据，同时也修正了有机成因说的一些推论，它说明石油的形成不一定要经历上百万年的时间，也不一定要埋藏到几千米深的地下才能形成。
尽管有机成因说日臻完善，但随着石油地质工作研究的深入，一些不利于有机成因说的证据渐渐显现出来。人们注意到，在世界上已发现的3万多个油田中，有8个特大油田占了全部储量的一半左右。如果说石油是由剥植物演变而成的，那么就不会出现这种情况；因为生物在地球上的分布虽然不均衡，有的地方多，有的地方少，但绝不会造成如此巨大的差别。
人们还注意到，洧些油田在垂直方向上分布很深，而且越往深处成油条件越好，油气的产量高、压力大，似乎在它的深部有源源不断的油气供给。
颇有意味的是，当初在勘探中国南海地区的油气藏时，一些西方的石油公司从有机成因观点出发，在分析了当地地层中一系列有机指标后，断言这里不可能生成供大规模开采的石油矿藏。而实际情况却完全相反，南海地区打出了一个又一个高产油气井。
因此，在过了一个世纪之后，石油成因的无机说在学术界应运而生，这一学术观点最早是由元素周期律的发现者门捷列夫于1876年提出来的。他在实验室看到水与金属碳化物（碳化铁、碳化铝）能在高温高压下起化学反应，生成类似石油的碳氢化合物。受此启发，他提出一种假设，地球上有丰富的铁和碳，在地球形成初期可以化合成大量的碳化铁，以后又与过热的地下水作用，遂生成碳氢化合物；这些碳氢化合物沿地壳裂缝上升到适当部位储存冷凝，即形成石油矿藏。“碳化说”在19世纪末和20世纪初曾流行一时，然而，地球内部是否存在碳化铁，却是一个未知数；再者，即使存在碳化铁，地球内部的高温却又使水无法到达，这样就不会产生水和碳化铁的化学反应。更何况石油的化学成分非常复杂，水和碳化铁的简单反应不能形成如此多样的成分。由于存在着如此多的疑点，所以门捷列夫的假说流行了—个时期后就被人们抛弃了。
继“碳化说”之后，1889年俄国的索柯洛夫提出了石油成因的“宇宙说”。他认为，地球在诞生伊始尚处于熔融的火球状态时，吸收了原始大气中的碳氢化合物，随着原始地球不断冷却，被吸收的碳氢化合物逐渐冷凝埋藏在地壳中，之后便形成了石油。
进入20世纪60年代以后，天文学家利用光谱分析，在宇宙中发现了大量的有机物质，有力地支持了宇宙说。碳氢化合物不仅见于一些行星的大气里和彗星的彗核中，有的甚至可以构成巨大的分子云。在陨石中，人们还找到了更复杂的有机物，它们显然与生物作用无关。这些事实表明，许多有机物完全可以通过非生物途径获得。
在以上发现的支持下，现代主张石油无机成因说的研究者认为，在地球形成早期，后来生成石油的有机物便以甲烷及其他碳氢化合物形式参与了地球的组成，后来在地球内部热力和压力的促使下，它们从深部释放出来，在某种有利的环境下进一步合成变成了石油。至于石油中含有的有机质，无机成因说的主张者们认为，那是原生石油在运移过程中受到了有机物的污染，从而造成了石油成分的复杂化。同时，他们也不否认一部分石油可能来自生物，但大量的石油则来自地球的内部。
但是，还是有反对者指出，索柯洛夫的观点有一个先天不足，他们认为地球形成时的大气与现在差不多，不可能存在大量碳氢化合物，即使有的话，遇到高温熔融状的地球也早就分解了。
美国康奈尔大学的天文学家高尔德，站在无机说的角度批驳有机说时说，世界上油矿的规模比其他任何沉积矿体都大得多，已查明的油气储量也比原先根据生物生成说估计的高出数百倍之多；最难以解释的是许多油气田中含有大量的氦，但生物对氦的浓集不起任何作用；再有，生物作用无法说明世界油田分布高度集中现象（指中东）。
围绕着石油成因，有机说与无机说的争论已持续矛一个世纪之久，各自都有自己的理论依据和证据，谁也说服不了谁，在学术判关
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