作者：李营华
出版社：河北科学技术出版社
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地球内部的秘密试读：
前言
在千变万化的陆地下，在浩瀚深邃的海洋里，在我们脚下的地球深处，隐藏着无数的奥秘。陆地海洋，沧海桑田，多彩的地貌，名山大川，火山地震，山崩地陷，奇珍异宝，石油煤炭……所有这些，当我们的祖先还处于原始蒙昧状态的时候，就试图解开这些谜团。从中国古代的“盘古开天辟地”，到西方的“上帝创造万物”；从魏格纳的大陆漂移假说，到大陆板块理论的形成，无不闪烁着人类探索自然奥秘的智慧光芒。
尽管随着文明的进步和科学的发展，人类对自己世代赖以生存的地球上的诸多奥秘，已经有了很多的认识。但是，在人类的目光早已远及银河系之外的今天，我们对自己脚下这不过几千千米的地表下面，甚至区区几十千米的地壳内所发生的事情却一筹莫展，至今仍有许多未解之谜困扰着我们，在这方面我们人类还有很多事情要做。
如果说古代的人们探索地球奥秘，更多的是出于对自然的迷惑、崇拜和好奇的话，今天的人们探索地球的秘密，则是为了更好地开发和利用地球—这个人类共同的，也是唯一的家园。
地震、火山、海啸等这些地球灾害至今仍然威胁着人们的生活。但是，对这些灾害，人们还无法控制，甚至还没有完全弄清它们发生的原因；石油、煤炭、天然气这些现代人类生活一刻也离不开的能源，在不远的将来都面临着枯竭，但是，目前人们还没有找到能够完全替代它们的新能源；矿藏是现代人类社会生产不可或缺的原料，但是目前许多矿产已经达到了枯竭的边缘，寻找新的替代资源已经刻不容缓。
所有这些问题，都有待于通过对地球秘密的深入探索、研究来解决。因此，今天探索和揭开地球的一个个秘密，比人类历史上的任何时候都更加迫切和必要。
人类的发展史告诉我们，只有锲而不舍地探索才能揭开自然之谜。青少年朋友是未来的探索者，是拉开新世纪大幕的一代。让我们为揭开更多的地球之谜，为建设更加美好的家园，去探索地球科学的奥秘吧！定会为她的神奇与伟大而感叹。现在就让我们踏着科学家们探索科学的足迹走进这神奇、美妙的细胞城吧！定会为她的神奇与伟大而感叹。现在就让我们踏着科学家们探索科学的足迹走进这神奇、美妙的细胞城吧！定会为她的神奇与伟大而感叹。现在就让我们踏着科学家们探索科学的足迹走进这神奇、美妙的细胞城吧！李营华2002年3月于石家庄
一、寻找解剖地球的“手术刀”
难以揭开的地球“幕布”
中国有句俗语，叫做“不知天高地厚”。但是，随着现代科学技术的发展，人类在宇宙空间中的视野迅速扩大，借助宇宙探测器和现代化的天文望远镜，人们可以对月亮、太阳甚至距离我们几百万光年的恒星和其他天体进行观测研究，掌握它们的变化规律。“天高”的问题似乎已经比较容易回答了。但是，“地厚”的问题就不那么简单了。与无边无际的茫茫宇宙相比，我们的地球太微不足道了，它的半径只有区区6371千米。但是，就是这区区几千千米，却如同一层厚厚的“幕布”，掩盖了地球深处的许多秘密，至今仍没有被完全揭开。科学家们可以研究几百万光年之外的星球，但是对脚下这个世代居住的地球，连十几千米之下是什么样子至今也没有直接看到过，那里仍然是一个神秘的黑暗世界。
地下深处至今还没有人能看到过，对这个阴暗的世界，人们一直充满了神秘感，产生了许许多多稀奇古怪的想法。
过去一些相信鬼神的人，说地下是“阴曹地府”，是“阎王爷”统辖的地方，这里有十八层阴森恐怖的“地狱”，还有刀山、火海、油锅等各种刑具。人在活着的时候如果干了坏事，不仅要受到惩罚，还会被打入地狱的最底层，永世不得翻身。这些当然都是迷信，今天已经很少有人相信了。与迷信的人编造的“阴曹地府”正好相反，在100多年前，美国有一个自封为“科学家”的人，名叫西姆斯。他把地下世界编造成了一个更为离奇的世界，成为100多年来人们的笑谈。这位西姆斯说：地球里面是空的，空间十分广阔，没有狂风暴雨，没有酷暑严寒，气候四季如春，简直就是人间天堂，非常适合人们去“安家落户”。他还神秘地告诉人们，通往地下的大门一共有两个，一个在南极，一个在北极。当时还真有人相信西姆斯的胡编滥造。美国一些想到地下发财的冒险家，受西姆斯的蒙骗，真的组织了一支探险队，坐船到南极去寻找所谓的“入地之门”。结果当然是“竹篮子打水一场空”。探险队白白在南极的严寒中受了一场冻，什么“门”也没找到，只好失望地离开了冰天雪地的南极。至今仍有许多的地球奥秘没有被揭开
西姆斯根本就不是什么科学家，他的“地球空心论”纯粹是没有任何根据的胡编滥造。与此同时，在100多年前，一些专门研究地球的科学家，为了揭开神秘的“地球幕布”，也根据一些观察到的现象，对地球深处的情况做了种种推测。有的科学家认为：地下全是处于高温下熔化了的又黏又稠的石头“浆子”即岩浆，火山喷发就是地下岩浆涌出来的结果。有的科学家认为，地下的温度很高，什么东西在这样高的温度下，也会变成气体。所以，地下是一团高温、高压的浓厚气体。还有的人认为，地下的温度虽然很高，但地下的压力更大，要比地表上大多了。在这样大的压力下，任何东西都会变成硬梆梆的固体。所以，地下的东西，既不可能是液体，也不可能是气体，而应该是坚硬的固体。
这些科学家的说法都有一定的道理，但是，到底哪种说法对呢？因为谁也没有直接看到过地下的真实情况，所以很难断定谁是谁非。因此，在很长的时间里，对人们来讲，地下一直是一个神秘的“幕布”掩盖下的“漆黑”的世界。
要想弄清地下的情况，最好的办法当然是亲自到地下看看。但是，怎样才能“钻”到地下去呢？科学家们为此想了许多办法。
也许你已经开始想这个问题了：到地下去没有什么难的啊！挖个洞不就进去了吗？但是，问题可没有那么简单。
人们的确在地球上挖过不少洞。采矿工人为了把地下的矿石拿上来，就必须挖很深的洞。到目前为止，人类在地球上挖的最深的洞是南非的卡尔顿金矿的采矿坑道。这个坑道一直挖到地下3840多米。在这么深的地下，温度很高，酷热难耐，即使用最大的空调机进行降温，温度仍然高达53摄氏度。另外，这里的压力也非常大，如果在坑道的石壁上钻一个小孔，周围的石头就会慢慢向小孔“挤压”过来，用不了一天时间，小孔就被“挤”没了。但是，在这里人们看到的仍然是和地面上差不多的石头，没有什么特别不一样的地方。
要是再往下挖，温度和压力还会增加，不仅人受不了，就是挖洞的机器也很难开动。看来，要想挖更深的、人可以“钻”进去的洞是很难办到的，只有再想其他办法了。
科学家们想，既然挖人能进去的洞很困难，那么用打井用的钻机往下“钻”一个“井眼”，把底下的东西带上来，不就知道地下有什么东西了吗？因此，科学家们放弃了挖洞直接到地下观察的设想，改用钻机往地下打孔，希望从更深的钻孔里取出东西来进行研究，来探索地下的秘密。到底下去看看远没有到太空去那么容易
可是，用钻机往地下打孔也不是件容易的事情。一般说来，地表附近是一些土层或比较“软”的石头，强大的钻机，钻起这些东西来，简直就是“小菜儿一碟儿”，不用“费劲”就可以哗哗地把这层土和“软”石头钻开，几天就可以钻出一口1000多米深的井眼来。但是，再往下钻就不那么容易了。首先，地下的石头要比地表的石头硬得多，所以钻的速度很慢，往往要比上面慢好几倍。另外，钻机往下“钻”全靠钻头，钻头好比是一把挖石头的“刀子”，在长长的钻杆的带动下，钻头高速转动，不断地把石头“挖开”，就形成了圆圆的井眼。石头硬了，钻头的磨损就快，就需要提上来更换。连接钻头的钻杆是一节一节的钢管接起来的，要更换钻头就要把钻杆一节节提上来，换上钻头后再一节节地放下去。在钻到3000米深的时候，单是这个更换钻头的过程就需要好几天的时间，并且钻得越深花费的时间越多。当钻到4000米、5000米的时候，钻进的速度就会非常缓慢。钻一口5000米左右的井往往要花费一两年的时间。
如果继续往下钻，麻烦就更多。超过5000米之后，下面的石头的温度和压力就更高，钻头的磨损速度越来越快，而此时更换一次钻头就要花费更长时间。此外，因为深度增大，钻杆不断接长，粗大钢管做成的钻杆，在这样的长度下也会变得像面条一样柔软，不肯往下“使劲”。
粗大的钢管做成的钻杆怎么会像面条一样柔软呢？我们知道，任何东西都有一定的弹性，当东西较小的时候，弹性可能表现不太明显，增长之后弹性就充分表现出来了。比如火柴长短的一小段铁丝，你很难把它弄弯，但是同样粗细的一根长长的铁丝你可以随意把它盘起来。钻杆也是这个道理，当接到5000多米长时，再粗大坚硬的钢管也会变得非常柔软。
因此，从5000米往下每钻进1米都要付出很大的代价。美国有一口钻井，费了九牛二虎之力，好不容易钻到了9600米，当他们想继续往下钻的时候，钻头却被地下高温高压的石头卡住了，万般无奈只好停钻，这已经是人类在地球上钻得比较深的一口“井眼”了。
国外一些科学家，打算钻一口15000米的“超深钻井”，以此来了解地球内部的情况，这是一个非常惊人的工程。因为当井眼钻到这么深时，仅仅钻杆本身的重量就会把自己的“身子”拉长50米。只有研制出非常坚韧的特种钢材才能经得起这样的拉力。地球内部结构示意
但是，即使是打出了15000米的“深洞”，相对于地球6371千米的半径来，也只能说是划破了地球的“一层皮”，离了解地下深处的情况还差得远呢！所以，单靠“挖洞”、“钻井”来揭开地球的神秘“幕布”是不可能的，必须寻找其他办法。
解剖地球的锋利“手术刀”
不管是“挖洞”还是“钻井”，按照目前的科学技术水平，人们最多只能了解地表下10千米左右的地方，再深就不可能了。这样说来，难道人们再也没有办法探索地下深处的奥秘了吗？不是的，你别失望，经过多年的努力，科学家们终于找到了一把可以把地球解剖开的“手术刀”。用这把“锋利”的“手术刀”，科学家们可以把地球一层一层地“剖开”，让地球内部的秘密毫无遮掩地“暴露”在人们的眼前。这把“锋利”的“手术刀”就是地震波。
1800多年以前，在东汉的京城洛阳，有位著名的学者张衡，一天，他告诉大家：京城西边有的地方发生了地震。可是人们并未感觉到震动，谁也不肯相信。过了几天，送信的使者骑着快马带来了消息，果然那天在甘肃西部发生了地震。是谁那样迅速地向张衡报告了地震的消息呢？不是别人，正是地震自己。
原来在发生地震的时候，从地震的发源地向四面传出了一阵阵波动，这种波动叫做地震波，地震波到了哪里，哪里就有震动。地震波跑的速度很快，因此，一处发生了地震，在它周围的地区很快就会感到。愈是靠近地震发源地的地方，感到的震动愈强，愈远愈弱；地震的强度愈剧烈，所能影响的范围也愈大。
单凭人的感官来察觉地震波的传播是很不够的，当震动变得很微弱以后，人就不能发现了，这时用仪器才能测出来。张衡在公元132年发明制作了世界上第一台地震仪，因此他能在一般人不能察觉的情况下得知什么方向发生了地震。
我们知道，地震是一种很凶险的自然灾害，1976年我国河北省的唐山市，发生了一次强烈地震，百万人口的大型工业城市，一瞬间夷为平地，24万多人在这场地震中罹难。地震之所以会造成大面积的灾害，其“罪魁祸首”就是地震波。地震发生时，会向外释放出巨大的能量，而这种能量一般都是在地下深处产生的，如果没有东西把这种能量传播到地表，就不会形成灾害，而地震波恰恰就是传播这种能量的罪恶“使者”。地震发出的能量，凭借地震波穿过厚厚的岩石传到地表，给地表的建筑物造成破坏。地震往往给人类带来巨大的灾难
你可能已经看出来了，“劣迹斑斑”的地震波，有一个“穿岩破壁”的神奇本领，它能穿透厚厚的岩石。正是利用这一点，科学家们“变害为利”，把地震波当成了“解剖”地球的“手术刀”，用它来探测地球深处的秘密。科学家们研究发现，对“解剖”地球来讲，最有用的地震波有两种：一种是振动方向和波的传播方向一样的地震波，其形态就像来回伸缩蠕动的手风琴的风箱一样，科学家们把这种波叫做“纵波”；另一种是振动的方向和波的传播方向垂直的地震波，像抖动起来的一条绳子上的波，一边前进一边横着振动，因此科学家们把这种波形象地称为“横波”。
不管是纵波还是横波，它们都有几个共同的特性。首先，它们的穿透性很强，能在岩石中“穿行”；其次，地震波天生“侠肝义胆”，它有一个“吃硬”而“不吃软”的脾气，在坚硬的石头中，它穿行的速度很快，而在一些较松软的石头中却走得很慢，在液体中走得更慢，横波干脆不能在液体中穿行。
但是，想要通过地震波了解地球内部的情况，地震波只有穿透地球的本领还不行，它还要有把地球内部的“消息”带到地面的本领。巧得很，地震波还真有这种本领。
我们知道，我们之所以能够看到大自然的景色、人的五官貌相等等，这些都是因为光照到这些物体的表面，有一部分光从这些物体的表面反射回来，我们的眼睛接受了这部分反射回来的光的缘故。大自然的景色，人的五官貌相，就是光反射带给我们的信息。地震波也像光波一样在从一种物质进入到另一种物质时会发生折射或反射，遇到地下有裂缝、空洞等时也会改变前进的方向。我们将折射和反射上来的地震波用仪器接收下来，研究它在地下旅程中速度的变化和在多深的地方发生了折射和反射，就可以查明地下许多情况，帮助我们找到矿藏和提供其他方面所需要的资料。地震波的传播
当地震发生时，地震波不仅传向地表，同时还长驱直入，向地心“进军”，在这个过程中，每遇到一层不同性质的东西就会有一部分地震波反射回来，并且遇到硬的东西反射回来的多，而遇到软的东西反射回来的少。通过接受反射回来的地震波，科学家们就会计算出地震波在地下不同深度的传播速度，以及不同深度的东西对地震波的反射情况。由此就可以知道地下深处的情况了。
但是，仅仅依靠天然的地震来研究地球内部的情况是不够的。科学家们就通过爆破等手段人为制造一些地震波，借此来研究地球内部的情况。地震波带给我们的信息非常丰富。
首先，通过地震波人们可以知道地下某一层东西埋藏的深度，或者某一层东西的厚度。道理非常简单，这和平常利用声音测量距离的道理差不多。我们知道，在气温15摄氏度时，声波在空气中的传播速度大约是每秒钟340米，假如离我们不远处有一座高山，我们想知道这座高山离我们多远，就可以对着高山用力喊一声，并精确测量从我们声音喊出到听到回声的时间，这个时间就是声音在我们站立的地点到大山之间一来一往的时间，用这个时间乘以声波在空气中传播的速度，再除以2，就是我们所站立的地点到高山之间的距离。同样道理，科学家们可以测量地震波从地面传到地下某一层东西再从那里反射回来的时间，只要知道地震波传播的速度，就可以计算出那层东西的埋藏深度。
通过地震波人们还可以推测地下某一层大致是什么东西，因为地震波在不同的物质里传播的速度不同。比如在松散的土壤中，地震波的传播速度每秒只有几百米，在密度比较小的沙岩中传播速度是每秒3000～4000米，而在坚硬的橄榄岩中地震波的传播速度高达每秒6000～7000米。科学家们在地面上通过特殊的仪器就可以测量出地震波在地下不同的地层中的传播速度。这样，通过测量地震波在各个地层中的传播速度，就可以大致知道各个地层是什么东西了。
但是需要说明的是，地震波携带的信息是非常复杂的，真要想研究透可不是一件容易的事。
最早“解剖”地球的人
1909年，位于欧洲的巴尔干半岛南斯拉夫的库尔帕河谷发生了一次地震，一位名叫莫霍洛维奇的科学家通过认真观测发现，在地下大约32千米深的地方，地震波的速度突然变快了。因此，莫霍洛维奇认为，这个地震波突然变快的地方，肯定是地球内部的一个分界面。以后，世界上的许多科学家，也都靠地震波找到了这个分界面。这个界面便是地壳和地幔的分界面，它的上面就是我们常说的地壳，它的下面就是地幔。为了纪念莫霍洛维奇这个最早“解剖”地球的科学家，人们就把这个分界面叫做“莫霍洛维奇面”，简称“莫霍面”。
大约在80多年前，英国的一位科学家发现了一个有趣的现象：当地震波传到地下2900千米深的时候，速度突然发生很大的变化，纵波由原来的每秒钟跑13.46千米，一下子减慢到每秒钟只跑8千米；横波更绝，走到这儿干脆不走了。这位科学家想，只有液体才能阻止横波的通过，因此地球的内部可能是液体。遗憾的是，这位科学家没有做出确切的结论。过了几年，美国一位名叫古登堡的科学家，仔细研究了地震波在这个位置的变化，确定地下2900千米深的地方的确是地球内部的又一个分界面。这个分界面就是地幔和地核之间的分界面，它的上面是地幔，下面是地核。为了纪念古登堡对地球科学的贡献，人们就把这个界面叫做“古登堡面”。地震波解剖的地球剖面结构
“没煮透的鸡蛋”
根据研究，科学家们发现我们的地球像一个没有煮透的鸡蛋，从外到内是一层一层组成的。
最外面的一层相当于鸡蛋的壳，科学家们把这一层叫做地壳。地壳的平均厚度大约是30千米，在地球的不同地方差别很大，在我国的青藏高原，地壳的厚度高达60～70千米，而在浩瀚的太平洋洋底，地壳的厚度只有5～8千米。
地壳下面一层相当于鸡蛋的蛋清，科学家们把这一层称为地幔。地震波在地幔的传播速度要比在地壳中快得多，所以科学家们推算地幔物质密度要比地壳大得多。地幔的厚度从地壳往下一直到2900千米的深处。
本来大部分地幔都是固体的，但有趣的是在地幔的上部，在100～250千米的深处，夹有一层呈流体状态的东西，好像糖饼中夹着的融化的糖心。那么地幔中间的这层“糖心”是怎么形成的呢？原来在这一层，因为温度已经很高，本来可以把岩石全部熔化成液体的岩浆，但这里强大的压力又紧紧地把岩石“禁锢”住，不让它“痛痛快快”地熔化，因此，这一层就变成了既不是液体，又不是固体，黏稠得像烧红的玻璃一样的东西。科学家们把这一层黏稠的东西叫做软流层。地层立体剖面图
软流层上面的地幔因为温度较低，所以全都是固体的坚硬石头，这些石头和地壳里的石头一起共同为地球筑起了一道坚硬的“盔甲”，这层由地壳和一部分地幔共同组成的“盔甲”，科学家们称为岩石圈。岩石圈的厚度一般是70～100千米。软流层下面因为压力太大，这里的石头不可能像软流层里的石头那样“软化”，所以仍然是固体。
地幔的下面就是相当于蛋黄的地核。本领高强的地震波给科学家们带回一个重要的信息，地核内物质的密度比地表大得多，一般是水的9～12倍。因此，科学家们推算，虽然地核的体积只占地球体积的16.1%，但它的质量却大约是地球质量的31%。科学家们推测，地核当中绝大部分物质是密度比较大的铁。铁在这里已经和我们平常看到的铁不一样了。在极高的温度下，地核上部的铁熔化成一种特殊的液体，而在地核的中间，由于压力的进一步增大，又会阻止铁的进一步熔化，所以地核中心的铁又变成了一种特殊的坚实固体。所以，我们地球的中心，是一块又重又硬的“铁疙瘩”。
火热的“心肠”
很早的时候，当古代人在矿山的坑道里采矿的时候，他们便知道地下是热的，即使外面是冰天雪地的严冬，矿山深深的坑道里仍然非常暖和。从地下冒出来的一股股温泉，也向人们说明地下确实是很热的。我国西藏的羊八井地热泉喷出的地下高温水汽，温度高达120多摄氏度，比沸水的温度还高，可以直接用来发电。地球内部的温度到底有多高呢？根据科学家们的实际测量，在地下十几米至二三十米深的地方，温度和地面上的温度差不多，而且，一年四季没什么变化，所以，科学家们把这一层叫做常温层。从这一层再往下，温度就开始慢慢升高了。经过测算，科学家们发现，一般说来，每深入地下33米，温度就要升高1摄氏度。从地球的表面到地球的中心，足足有6000多千米，如果按每33米升高1摄氏度计算，地心的温度就应该有20多万摄氏度！这当然是不可能的。因为，就是炽热的太阳，其表面的温度也只有6000摄氏度左右。如果地心的温度真的热到了20万摄氏度，地球早就变成一团气体了。
这是怎么回事呢？难道科学家们的计算错了。不是的，每33米升高1摄氏度的测算数据并没有错误，只是这个数据仅在20千米以上有效。再往深里走，这个数据就不准确了。因为地下物质密度很大，热量比较容易传播，上下温度的差别不像地表这样明显，所以温度的升高就变得比较缓慢了。到了25千米以下，深度每增加100米，温度才升高0.8摄氏度左右。但即使按这个数字计算，地下的温度也是很高的。科学家们估计，地球中心的温度有4000～6000摄氏度，这比世界上任何一座炼钢炉的温度都要高许多！地球的中心真是太热了。
火山“泄密”
火山爆发帮助人们进一步了解了地下深处的情况。过去人们一直认为火山里喷出来的是火和烟。直到100多年前，一些科学家冒着生命危险，在火山猛烈喷发的时候到火山口附近实地考察才弄明白，从火山喷出来的不是普普通通的“火”和“烟”。火山喷出的“火苗”，实际上是像铁水一样呈液体状态的高温岩浆；而火山口喷出的“烟”实际上是一股股水蒸气、岩石碎屑和其他气体组成的烟尘。由于火山喷出的岩浆和烟尘温度很高，所以看起来就和燃烧一样。其实，这和我们平常燃烧煤、木柴冒出的火苗根本不是一回事。
地壳和地幔不是很结实的吗？岩浆是从哪儿冒出来的呢？原来，岩浆就是从我们前面讲过的地幔中夹着的那层“糖心”中来的。我们前面介绍过，在地幔“糖心”的位置，温度本来已经很高，完全达到了使石头熔化的地步，但是这里巨大的压力，却不让石头痛痛快快地熔化成岩浆，因此这里的石头就变成了黏稠的软流层。而软流层上面的岩石圈不是铁板一块，有许多大大小小的裂缝，软流层黏稠的东西就会顺着这些裂缝涌上来，涌到地壳上部时，由于压力急剧降低，这些黏稠的东西就会“痛快地”熔化成岩浆喷射出来，就形成了火山爆发。当然，软流层里的东西，不是都能冲到地表形成火山，有时因为裂缝太小，或者裂缝不太通畅，它就只能涌到“半路”，这些东西就会在地壳的裂缝中冷却下来，形成地下的火成岩。火山爆发
火山爆发虽然给人类造成了许多灾难，但也给人们带来了许多便利。火山是地球内部和外部的唯一通道，当岩浆喷到地面时，就会把许多地下的秘密带上来。通过火山喷出的岩浆，科学家们就可以了解地下温度的情况、软流层的情况、地下物质的成分等许多东西。有趣的是，火山还是天然的“化肥厂”。在火山比较多的印度尼西亚和日本，火山喷发常常会给周围的农田撒上一层富含钾的火山灰。我们知道，钾是重要的肥料，因此火山周围的土地往往特别肥沃。
二、解密地球“芳龄”
俗话说“天长地久”，意思是说“天”广袤无垠，“地”存在的时间已经很长很长了。从这句话里可以看出，人类在很久以前就已经意识到地球存在了非常久远的时间了。但是，地球的年龄到底有多大了呢？很久以前就有人想回答这个问题。
传说，我国古代春秋战国时期，一个鲁国人在山里捉到一只样子非常奇特的野兽，因为从来没有见过这样的野兽，就给这种野兽取名“麒麟”，并把它献给了国君。鲁国的国君非常高兴，认为捉到异兽，分明是“开天辟地”以来最大的吉兆。但是，国君不知道“开天辟地”是什么时间，于是就吩咐手下的几位“方士”算一算，从“开天辟地”到这次捉到麒麟有多少年了。几位所谓的“方士”摇头晃脑，装模作样地忙乱了一阵子，居然莫名其妙地“算”出了326.7万年这个没根没据的数字。
古代欧洲的大主教说：地球是上帝创造的，地球的诞生时间是“公元前4004年”。如此算来，到今天为止地球的年龄也只有6000岁。奇怪的是，一直到18世纪，欧洲还有许多受过正规学校教育的人相信大主教的奇谈怪论，认为地球的年龄不过6000岁。我们的祖先曾绞尽脑汁来测算地球的年龄
另外，还有许多关于地球年龄的传说。比如，古代的波斯人说：世界一共才存在了1.2万年；古代巴比伦的星占家们推算说：世界很老了，足足有200多万年。这些当然也都是无稽之谈。
古代的江湖“方士”、大主教推算出的地球年龄没有任何科学依据，纯粹是凭空臆断，没有任何价值。真正用科学的方法对地球的年龄进行研究和探索是从18世纪开始的。那么，科学家们为什么要知道地球的年龄呢？这当然不是为了好奇，更不是为了给地球做寿，而是因为许多科学研究上的问题都和地球的年龄有关。研究地球的年龄有助于揭开许多科学谜底：地球不是上帝创造的，也不是从来就有的，而是在太空中逐步演化形成的。那么，它是经历了多长的岁月才演化成今天这个样子的呢？地球上的山脉、河流，地下的岩石矿藏，是怎么形成，又是什么时间形成的呢？生活在地球上的飞禽走兽，花鸟鱼虫等各种动物、植物、微生物，又是经过了多长时间才变成今天这个样子的呢？等等，所有这些问题，都离不开地球的年龄。此外，地球是太阳系家族中的一个成员，研究地球的年龄，还有助于人们进一步探索和研究太阳系及其他天体的起源。
但是，要弄清楚地球的年龄，实在不是一件简单的事情。想想看，一个人的寿命不过几十年，我们整个人类有文字记载的历史也不过几千年。相对于人的寿命和人类的历史来讲，地球的历史实在是太久远、太古老了。今天，地球年龄的问题已经得到了比较满意的解决，我们已经比较清楚地知道地球有45亿到47亿岁的高龄了。但是，这个结果可不是一下子得到的。200多年来，许许多多的科学家为了弄清楚地球年龄的问题，尝试了不同的方法，做了大量艰苦的探索工作。
“芳龄”难觅
从18世纪70年代到20世纪初，为了解决一系列悬而未决的地球科学问题，许多科学家采取多种不同的办法对地球的年龄问题进行了大量的研究工作。但这些研究都没能最终确定地球的确切年龄。
布丰的“小地球”
布丰是18世纪法国的一名科学家，他研究的对象相当广泛，尤其是在地球科学方面，布丰有许多独到的见解。1779年，布丰试图用试验的方法，确定地球的年龄。他认为，地球是由原始温度很高的状态慢慢冷却形成的，只要能够知道地球冷却的速度就能够计算出地球的年龄。为此，他制作了一个成分和地球差不多的“小地球”，把它加热，再让它慢慢冷却，然后测量这个“小地球”的冷却速度。根据实验结果，最后布丰估算出地球的年龄大约是75000年，这显然与地球的真实年龄有天壤之别。
与布丰的方法不谋而合，19世纪60年代，英国一个著名的科学家开尔文也试图用类似的方法计算出地球的年龄。开尔文认为，地球刚刚诞生的时候温度很高，像一个火热的巨大“火球”，后来慢慢冷却，外面逐步凝固成了坚硬的外壳，但内部依然温度很高。1862年，开尔文仔细测量了地球表面岩层的温度和各种岩石的传热速度等数据之后，用特殊的方法计算出地球的年龄是2000万～4000万年，这显然和地球的真实年龄差距非常大了。这样测地球年龄能行吗
布丰和开尔文都是很著名的科学家，但是为什么他们计算出的地球年龄这么“离谱”呢？这是由当时的科学认识和科学技术水平的局限性造成的。布丰和开尔文实际上犯了同一个错误，他们都认为地球的热量全部来源于地球刚刚开始形成的初期，地球形成之后就只是向外散发热量，本身一点也不产生热量。其实不是这样，在地球表面向外散发热量的同时，其内部也在不断地产生热量，同时地球还接受一部分来自太阳的热量。实际上，地球只是在形成初期不稳定状态下向外散发的热量大于其自身产生的热量，总的热量是减少的，在形成之后，其热量基本上处于一种大致平衡的状态。基本的根据都错了，就难怪布丰和开尔文计算出的地球年龄出现错误了。也许布丰和开尔文计算出的只是地球幼年期的年龄，或者什么都不是，天知道！
向太阳“请教”的赫尔姆霍兹
与开尔文差不多的时代，德国的一位科学家赫尔姆霍兹认为，地球和太阳是在同一时期诞生的，地球的年龄应当与太阳差不多，只要知道了太阳的年龄，就能够估算出地球的年纪了。那么，怎样才能知道太阳的年龄呢？赫尔姆霍兹认为，由于受万有引力的作用，太阳的“身体”一直在不断地收缩，外面的物质不断向中心“塌落”，在这种物质的塌落过程中会释放出大量的能量，太阳发出的光和热就是这种能量转化而来的，根据赫尔姆霍兹的计算，太阳每发光2000年，它的半径就会缩小千分之一，太阳总的能量只够它消耗2000万年，所以太阳的年龄只有2000万年左右，地球的年龄最长也不会超过这个数字。赫尔姆霍兹计算出来的这个数字显然是不对的。那么，他的错在哪里呢？原来受当时科学技术水平的局限，赫尔姆霍兹还不知道太阳的能量主要来自它内部的热核反应，而不是靠自身的收缩，赫尔姆霍兹计算的出发点就错了，计算出的结果当然与太阳和地球的实际年龄大相径庭了。
品尝海水滋味的哈雷
哈雷是19世纪英国的一位著名的天文学家，著名的哈雷彗星就是以他的名字命名的。他认为地球刚刚诞生时，海洋里的水不含盐分，全是淡水，现在使海水又苦又咸的盐分，是在地球漫长的历史中由河流从陆地冲到海洋中的，所以只要计算出海水中盐分的含量，和每年从陆地冲刷到海洋里盐分的数量就可以大致计算出地球的年龄。现在每1000千克海水里大约含有30千克的盐分。哈雷对每年海洋增加的盐分进行了估算后，推算出海水从最初的淡水变成今天这样的咸水，大约需要10亿年的时间。因此，哈雷认为地球的年龄大约是10亿年左右。应该说哈雷的计算方法有他一定的道理，海水里的盐分的确有大部分是陆地的矿物质被溶解后冲进海里的，但是，因为在漫长的地球历史中，地球的表面形态不止一次发生过翻天覆地的变化，河流冲刷盐分的能力也会相应发生变化，所以，谁也不知道它每年能把多少盐分冲到海里去，所以哈雷的计算结果的可靠性也就大打折扣了。哈雷为地球测年龄可就不行了
令人失望的地球“年轮”
时间给人的感受好像是抓不到摸不着的东西，其实并不完全是这样。时间往往会在大自然中留下自己匆匆走过的“脚印”。看见过树木的年轮吗？沿与树干垂直的方向锯开一棵大树，你就会看到在锯开的断面上，从中心到边缘有规律地排列着一圈儿一圈儿深浅相间的花纹，这就是树木的“年轮”。每年的春天和夏天，气候温暖树木生长较快，这时候形成的树木细胞比较大，长成的木材相对比较稀疏，颜色就比较浅；而到了秋冬季节，气候逐渐变冷，树木的生长变得缓慢了，这时形成的细胞就比较小，长成的木材就要致密一些，颜色也就比较深了。所以每过一年，在树干里就会形成一圈儿颜色深浅相间、宽窄也不相同的圆环，这就是树木的年轮。我们可以这样说，年轮就是时间在树木上留下的“脚印”。树木也有为自己记年龄的本领
你可能马上会联想到，时间会不会在地球上也留下“脚印”呢？如果时间在地球上也留下类似于树木年轮的东西，我们不就很容易找到地球的年龄了吗？你的想法很好，的确是这样。同样，许多科学家也想到了这个问题。
最先引起科学家们注意的就是地球上一层一层的岩层，这种东西和树木的年轮非常类似。这些一层一层的岩层，科学家们把它叫做“沉积岩”，它们是在远古地球的海洋或湖泊里慢慢沉积形成的。但是，令科学家们失望的是，沉积岩中的一层一层的纹理，是因为岩石内部的成分不同造成的，和树木的年轮不一样，它和地球上的四季变化没有什么关系。一层岩层并不代表地球的1岁，所以根据岩层查不出地球的年龄来。
但科学家们并没有气馁，经过艰苦的工作，他们终于在欧洲的波罗的海地区找到了类似于年轮的东西。远古时代的波罗的海是冰川比较多的地区。后来，地球逐渐变暖，冰川也随之逐渐融化消退。每年的夏天冰川融化，大量颗粒粗大的岩石碎屑被洪水从山上冲了下来，沉积在古波罗的海里；而在冬天，冰川的融化慢慢停止，从山上下来的水也逐渐变小、变弱，于是只有一些很细小的泥沙被挟带下来。这样，随着冰川一年一度的融化，就在波罗的海的岸边形成了粗细相间、颜色深浅不一的纹理，科学家们把这种纹理叫做“泥纹”。耐心的科学家们曾经不辞辛苦地在波罗的海的沿岸，从南到北追踪这些泥纹，仔细数它们的数目，希望能从这里数出地球的年龄来。但令人失望的是，这种泥纹数到15000多条以后就消失了。难道地球只有15000多岁？显然不是。经过进一步的研究，科学家们证实，波罗的海沿岸的泥纹反映的只是波罗的海地区一次冰川消退的过程，泥纹所代表的时间也只是冰川消退的时间，地球诞生以来，随着地球温度的变化，在不同的地区发生过多次冰川进退。所以，在一个地区的冰川泥纹上根本无法分析出地球年龄。藻类沉积形成的叠层石
看看地球的“面皮”有多厚
地球的许多地方都覆盖有一层一层的沉积岩，它们像地球的“面皮”一样覆盖在地球的表面，这些沉积岩是在地球形成之后，由于雨水的冲刷，将陆地的物质冲刷到古老的海洋、湖泊中，慢慢沉积形成的。有的科学家想，既然沉积岩的岩层纹理不是地球的“年轮”，如果知道地球上现在的沉积岩有多厚，同时知道每年大约能沉积多厚，不就可以知道地球的年龄了吗？有的科学家在认真调查之后发现，地球的“面皮”在不同的地区厚薄不一样，最厚的地方大约有15千米。地球上所有的河流冲到大海的物质，加上大海本身海洋生物遗骸沉积的物质，每年大约可以在大洋洋底铺上0.03～0.06毫米厚的一层沉积物。这样算来，沉积15千米的岩层，需要2.5亿～5亿年的时间，所以地球的年龄最小应不小于2.5亿～5亿年。但是，许多科学家对这个数字并不满意，认为这个数字同样不能代表地球的年龄。原因是，首先地球并不是从一开始就有沉积岩的，沉积岩是地球产生很长一段时间之后的事情，所以沉积岩所代表的时间不可能是地球的年龄；其次，沉积岩形成之后，地壳经过多次沧海桑田的变化，原来深藏在海底的沉积岩可能一度变成为高山，已经形成的沉积岩就会被风化、破坏，所以，现在我们看到的沉积岩的厚度早已不是地球诞生以来所有沉积岩的厚度，存在的误差是很大的。科学家们能测出地球的“芳龄”吗
虽然许许多多的科学家，想尽一切办法破解地球年龄之谜，但是在整个18世纪和19世纪，没有一名科学家能够如愿，地球像一个羞答答的少女，始终不愿意将自己的“芳龄”告诉人们。
忠实记录地球年龄的“钟表”
科学家们经过将近200年的苦苦探索，仍然没能解开地球年龄之谜，根本原因是没有找到一个合适的、能够准确稳定地记录地球年龄的“钟表”。
能够记录地球年龄的“钟表”可不简单，它要满足许多苛刻的条件才行。首先，这只“钟表”的量程要非常大，也就是说它要能够记录很长很长的时间。因为我们要记录的时间不是一小时两小时，也不是一天两天的时间，而是地球从诞生到现在的亿万年的漫长岁月；其次，这只“钟表”必须十分稳定，不管外面的条件如何变化它都能够稳定地走动，从不“停摆”；另外，这只“钟表”还必须是在地球一形成就开始自动地记录地球的年龄……
看起来对记录地球年龄的“钟表”的要求真是太高了！自然界真的有这样的“钟表”吗？无巧不成书，丰富多彩的大自然当中，还真的就有这么一种“钟表”。
这真是踏破铁鞋无觅处，得来全不费工夫。正当科学家们对地球年龄的问题一筹莫展的时候，19世纪末，科学家们在做原子物理学研究的时候，却发现了能够记录地球年龄的绝妙“钟表”，这就是放射性元素。
会变的原子
1896年，法国一位科学家贝克勒尔发现，他放在抽屉里的用不透光的黑纸包得严严实实的胶片感光了，放在胶片外边的一只钥匙被清清楚楚地“印”在感光胶片上。贝克勒尔百思不得其解，包得好好的胶片怎么会感光呢？过去一直没有发生过类似的情况啊？他反复琢磨，突然发现抽屉了比原来多了一块石头，这块石头是他前几天不经意随手放在抽屉里的一块含铀矿石，难道是这块石头的原因？通过试验，贝克勒尔证明自己的想法是正确的，这块含铀的矿石能使包得厚厚的胶片感光。由此，贝克勒尔断定这种含铀的矿石能够自动向外发射一些看不见的射线，这种射线的穿透力很强。两年之后，波兰的科学家居里夫人发现钍元素也有类似的放射性。不久，英国的科学家卢瑟福发现放射性元素的原子会蜕变。所谓原子的“蜕变”，就是放射性元素的原子，在放射出射线的同时，自己就会变成另一种元素的原子。比如，铀和钍在放出射线之后就会变成铅，而另一种放射性元素铷在放出射线之后就会变成锶。
合格的“钟表”
放射性元素蜕变现象的发现，令苦于揭开地球年龄之谜的科学家们欣喜若狂。原来，这种放射性元素的蜕变过程非常得缓慢和稳定，并且这种蜕变速度可以在实验室里准确地测出来。我们知道，一种矿物在形成时，它内部的各种元素的比例是固定的，因此，只要从地壳中找出一种矿物，精确地测量出它现在含有的铀、钍和铅或者铷和锶的含量和比例，就能计算出这块矿物从诞生到现在已经有多长时间了。这样，放射性元素就成了准确记录矿物年龄的可靠“钟表”。如果能够准确知道地球上矿物的年龄，再计算地球的年龄就容易多了。
科学家们对这只“钟表”非常满意。首先，这只“钟表”的量程非常大，可以记录非常久远的时间。比如，1克铀，在1年时间里只有七十四亿分之一克变成铅，要经过45亿年，才能有一半变成铅。而另一种放射性元素铷变成锶的速度就更慢，变化一半竟需要498亿年。用量程这样大的“钟表”记录地球的年龄是再合适不过了。
此外，这只“钟表”非常稳定。不管春夏秋冬，干湿冷热，外部条件如何变化，它都是照走不误，不受任何干扰。更奇妙的是，这只“钟表”只要矿物已形成就“自动开始”计时。因为任何一种放射性元素，只要被固定在一种矿物中，就会在新的环境里继续进行蜕变，并把蜕变成的新元素一点一点重新积累在这种矿物里。因此，它记录下来的时间，正好是从这个矿物形成到我们测量时所经历的时间。“写在”“天外来客”身上的地球年龄
我们有了放射性元素这只合格的“钟表”并不等于就知道地球的年龄了。因为，我们用放射性元素直接测出来的是矿物的年龄，并不是地球的年龄。假如我们能够找到一个和地球同时诞生的矿物，这个矿物的年龄就是地球的年龄。但令人遗憾的是，这样的矿物并不好找，或者说根本就找不到。原因是，我们现在看到的矿物几乎都是地球诞生之后形成的，它们的年龄都比地球小，与地球诞生同时形成的古老矿物，在漫长的地球演变过程中几乎都被破坏掉了，即使有一些没有被破坏也被深埋在地球的深处，我们根本无法拿到。那么，我们是不是就不能准确知道地球的年龄了呢？当然不是。
天无绝人之路。科学家们认为，我们的地球是太阳系的一员，地球的年龄应当与太阳系其他成员的年龄基本相当。我们知道，太阳系中有一种叫陨星的东西，这种东西坠落到地球上就是陨石。陨星是太阳系里的“小不点”，它们形成之后基本保持着老样子，没有什么变化。因此，如果能够找到一块陨石，测量出它的年龄就可以知道地球的年龄了。可巧的是，陨石这种小东西经常“造访”地球，多数陨石因“个头”太小，没能落到地面，就在大气层中燃烧完了，但是，一些个儿头大的“家伙”就能穿过大气层落到地面上。1976年3月8日下午15时01分，在我国的吉林省，成群的陨石拖着长长火光从天而降。事后，科学家们共收集到陨石碎片100多块，总重量达2700千克，其中最大的一块重达1770千克。这些从天而降的“天外来客”，给我们带来了地球年龄的信息，科学家们通过测量陨石的年龄，比较确切地知道了地球的年龄。测量的结果是，用铀、钍蜕变成铅的方法计算出陨石的年龄是45.5亿年，用铷蜕变成锶的方法计算出陨石的年龄一般来说是45亿～47亿年，所以地球的年龄，大约是45亿～47亿年。这就是今天大家比较公认的地球年龄。
经过200多年许多科学家的共同努力，地球年龄之谜终于有了比较圆满的答案。
录制地球过去的“磁带”
我们都用过录音带和录像带，那么，声音或图像是怎么储存在录音带或录像带上的呢？原来，不管是录音带还是录像带，表面都涂有一层磁性物质，当录音或录像的时候，录音机或录像机就会把声音或图像信号变成磁信号储存在录音带、录像带表面的磁性物质上，这些保存下来的磁性信号就是科学家们所说的剩磁，当放音或放像的时候，这些磁性信号就会还原成声音或图像释放出来。可以这样讲，录音带、录像带就是通过剩磁来保存声音或图像的。所以，平常我们把录音带、录像带统称为磁带。
有趣的是，地球也把自己的“历史”录制成了“磁带”，不过播放这些“磁带”要费很多周折，必须经过专门的研究，才能知道这些磁带上记录了些什么。地球是怎么“录制”自己的“磁带”的呢？
我国古书里曾经记载过一个制造“指南鱼”的方法，很能说明这个问题：把一个本来没有磁性的铁片做成“小鱼”的形状，用火把“小鱼”烧红，然后让“小鱼”的身子顺着南北方向放好，让它慢慢冷却，等完全冷下来之后，这条本来没有磁性的“小鱼”，就会变成一条有磁性的“磁鱼”，让它漂浮在水面上就可以指示南北，就和指南针一样。这个记载是很有科学道理的。我们知道，铁的分子本来是有磁性的，这就是铁制东西可以被磁铁吸引的原因，只是因为铁的分子在平时排列得乱七八糟，磁性被互相抵消掉了，所以才没有显出磁性来。把铁片烧热后，铁片里的铁分子在高温下就可以自由活动。我们知道，地球本身就是一个大磁石，在它的影响下，本来就有磁性的铁分子就会整齐地按照地球磁场的方向排列起来，经过这样的重新排列，铁片做成的小鱼就有磁性了。
和上面“指南鱼”的道理一样，受地球磁场的影响，岩石形成的时候，内部的磁性物质的磁场就会按照当时地球磁场的方向分布，并固定下来。反过来讲，就是说，当时地球磁场的方向会在岩石上留下磁性“信号”，和上面谈到的磁带一样，这种反映当时地球磁场情况的磁性“信号”也叫剩磁。因为这些剩磁是在岩石形成的时候形成的，所以，科学家们把它叫做原生剩磁。原生剩磁非常稳定，几亿年，甚至几十亿年都没有变化。这样，这些带有磁性的石头就悄悄地记下了那个时期地球磁场的方向，指出了地球当时磁南极和磁北极的位置。“指南鱼”可以说明大道理
在对岩石的原生剩磁进行研究的时候，科学家们发现，同一时代形成的岩石，它们所记录的当时地球磁场并不一样，有的差别还很大。按照这些岩石所指的方向，当时的地球就会有许许多多的南极和许许多多的北极。这又是为什么呢？因为地球只有一个磁场，同一时代的南极和北极只能各自有一个位置，不可能冒出几个南极和北极来。所以，岩石指出的地球磁场不一致，只能说明岩石形成之后，它的位置变化了、移动了，而不是当时的地球磁场有许多方向。
根据这个原理，科学家们可以恢复某个时期地球两极的位置，以及当时大陆、海洋的位置。这门科学就叫古地磁学。
给地球编写历史
很早以前，科学家们就开始试着给地球编写历史，但因为当时对地球的认识有限，尤其是连地球的真实年龄还没有弄清楚，所以，早期“编写”的历史是含混的、不清楚的。自从发现了利用放射性元素蜕变确定岩石和矿物年龄之后，地球的历史变得越来越清楚了。
地球的“年号”
要想编好地球的历史，就必须有明晰的纪年方法。我国现在采用的是公元纪年法，比如公元1999年，公元2000年。我国封建社会采取的是朝廷确定的年号来纪年，比如康熙33年、乾隆42年等等。那么，给地球纪年采用什么年号呢？
我们前面已经提到过，地球上大部分地方都覆盖着一层沉积岩，这些沉积岩是地球形成之后慢慢沉积而成的。不难理解，每一层沉积岩对应着一个特定的地球历史年代。因此，从18世纪下半叶开始，许多科学家针对世界各地不同的岩层，给岩层所对应的年代起了许多稀奇古怪的年代名称。比如，科学家在德国和瑞士交界的侏罗山里发现了一套比较完整的沉积岩层，就给这套岩层起名“侏罗系”，与这套岩层相对应的地质年代就叫“侏罗纪”；在英国的威尔士地区，古代曾经居住过名叫“奥陶”和“志留”的两个古老民族，科学家们就把在这里发现的两套岩层叫做“奥陶系”和“志留系”，与其相对应的地质年代就叫“奥陶纪”和“志留纪”；有一套岩层含有丰富的煤炭，科学家们就把这套岩层对应的地质年代叫做“石炭纪”，当然，这套岩层就叫“石炭系”；含有一种白垩土的岩层所对应的地质年代就叫“白垩纪”。关于这方面的事情，我们以后还会谈到，到时再看到这些古怪的名词时，你就会进一步明白是什么意思了。
化石记录下的历史
化石是残留在沉积岩层里、已经硬化了的地球历史上曾有过的生物遗体或其遗迹。比如，在地球历史上称霸一时的恐龙，它的遗体骨架被埋进沉积岩层经过漫长的地质年代，慢慢变成了石头，但骨架的原样却被保存了下来，这就是化石。同样，恐龙留下的脚印被固化之后，也是化石。
地球从没有生命的荒漠时代，到出现我们人类这样高级的智能生物，从原始的单细胞生物到高级的脊椎生物，每个年代的生物特点都不一样。所以通过岩石里的化石，我们可以知道地球历史上的很多东西。比如，不用放射性元素测量，我们就可以知道岩石的“老幼”，生物总是从低级向高级进化，而不会从高级向低级退化，因此含有高级生物化石的岩层一定比含有低级生物化石的岩层年轻。另外，地球生物的进化，从全球来看是基本同步的，所以，不管在地球上的什么地方发现含有相同类型化石的岩层，都可以确定这些岩层是在同一地质年代产生的。
此外，生物的生存、进化以至消亡，总是和一定的环境条件有关系。比如鱼类，肯定生活在海洋或者湖泊中，食草类动物肯定生活在陆地上。所以根据化石，还可以分析与化石所对应的地质年代的地貌、气候等情况，帮助我们了解地球历史上的有关情况。所以，可以这样讲，化石是大自然写下的地球历史。生命进化的“史书”——化石
被隐没的地球年代
化石只能反映地球有了生物之后的年代情况。地球上还有许多不含化石的岩层，它们代表的是地球没有生物活动的年代的情况。这段地球历史，在没有发现放射性元素蜕变记录矿物年龄的方法之前，科学家们并不清楚。等测量出这段年代的长短之后，科学家们大吃一惊，这段被隐没的年代竟长达近40亿年，几乎占了整个地球历史90%的时间。但随着更古老化石的发现，这段时间已大为缩短。为了弄清仍被隐没的地球历史，科学家们采取了许多方法，直到今天，科学家们还在向这段地球历史进军，争取把这段历史的谜底彻底揭开。
地球“编年史”
经过长时间的艰苦探索，科学家们终于给地球写了一部编年史。科学家们认为，大约距今46亿年之前是地球的形成时期，这个时期科学家们把它称为“地球的天文时代”；距今46亿年前到25亿年前之间是太古代，这时开始出现最低等的原始生物；距今25亿年前到5.7亿年前，叫元古代，在这一时期海生的藻类开始出现；距今5.7亿年前到2.3亿年前，称为古生代，这一时代从老到新又分为寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪、二叠纪。在古生代这一时期，海洋中大量无脊椎动物和鱼类，陆生的孢子植物和部分裸子植物出现；从距今2.3亿年前到6500万年前，称为中生代，从老到新又分为三叠纪、侏罗纪、白垩纪，这一时期是恐龙等爬行动物统治地球的时代，茂密的裸子植物繁盛，被子植物开始出现；从距今6500万年前到现在，称为新生代，这一时代被分成第三纪、第四纪两部分。第三纪是哺乳动物大发展的时代，第四纪人类开始逐步进化为智能生物，并逐渐统治世界。在整个新生代，裸子植物基本消失，被子植物成为植物界的主宰。
三、不断成长的地球
洪荒的年代
从前面我们已经知道，地球大概已经有46亿年的历史了。那么，地球是怎么形成的呢？它原来就是这个样子吗？
科学家们认为，地球是由银河系内发生的一次大爆炸所造成的星云物质尘埃，经过长时间的凝聚，大约在46亿年前形成的。最初，星云物质先是组成环绕着太阳运行的薄薄的圆环，然后分裂积聚成许多直径几千米或几百千米的微星，轨道相近的微星相互之间相对运动的速度很低，有机会在相互碰撞的过程中结合成越来越大的行星，最后终于形成了包括地球在内的行星。而且，人们还认为在距今46亿年前，地球的质量已经与现代地球的质量很相近了。
科学家们认为，在开始的时候，星云物质的温度是非常低的，一般在-263～-173摄氏度，在凝聚过程中，它们会不断释放出大量的能量，再加上内部放射性元素衰变所释放出的能量，随使初始的地球温度渐渐升高，最后形成了黏稠的熔融状态。但是，这时候的地球还只是许多微星的集合体，所以科学家们称之为“原地球”。“原地球”在不断的引力收缩和内部放射性元素衰变产生热的作用下，不断受到加热。当“原地球”内部温度达到足以使铁、镍元素熔融的时候，铁、镍（可能还携带着一些比较轻的元素）迅速向地心集中，这样就形成了地核；较轻的物质渐渐悬浮到地球的表层，成为地壳；介于两者之间的则构成了地幔。太阳系诞生示意图
就这样，地球初步具备了所谓的层圈结构。而最原始的地壳是在40亿～38亿年前形成的。地球以其地壳的出现作为分水岭，在此之前处于天文时代；在此之后则进入了地质时代。一般人们谈论的地球演化，实际上是讲述“地质时代”的历史。
那么，科学家们为什么认为地壳是形成于40亿～38亿年前呢？实际上，这是因为科学家们在格陵兰岛北极圈西南部的地方，发现了距今38亿年前的最古老的岩石。那么，地球开始的时间46亿年前又是怎样知道的呢？岩石的形成表明地球进入了地质时代
我们知道，地球作为太阳系的一员，它的起源与太阳的起源是密不可分的。而且，太阳系中的其他行星，诸如八大行星的年龄也应与地球的年龄基本一致。另外，我们不应忘记的是还有月球，月球作为地球的卫星，它的出现与地球的诞生也应该差不多。
1967年9月，美国阿波罗11号载人宇宙飞船到达月球以后，采回月岩标本，经科学家们做同位素年龄测定，表明月球已经存在46亿～47亿年之久了。
早期的地球形成以后，它便开始走上了自己独立的发展道路，随之就是原始地壳的改造和大气圈和水圈的形成。就现在所知，初始的大气和水的来源有两个：一个是火山作用产生的，另一个是陨石带来的。与月球早期演变的情况相对照，科学家们推测地壳所经受的大量陨石撞击和普遍火山作用的改造也是距今40亿～36亿年前。而且，科学家们还认为，在距今33亿年前在地球上又有一次剧烈的火山作用。
地球的童年
如果有人问你：“地球的边界在哪呢？”你可能会说：“海洋的海面，陆地的地面不就是地球的边界吗？”这样的回答是不正确的。地球海洋的海面、陆地的地面，它们分别只是地球液体和固体部分的表面，也就是我们平常说的地球表面，这远不是地球的边界。千万不要忘记，地球还有很重要的一部分，那就是我们一刻也离不开的空气，也就是紧紧包裹在地表外面的大气。
如果我们把地球上陆地和海洋围起来的“圆球”叫做地球的“身体”的话，那么，大气层就是穿在地球身体上的“外衣”。可不要小瞧了这层“外衣”，它不仅是我们人类呼吸的“氧气库”，而且是我们人类的“空调机”和“保护伞”。
空气虽然是一种看不见、摸不到的东西，但它与我们人类的呼吸息息相关，离开空气我们人类一刻也活不了，所以人类很早就已经觉察到了空气的存在，并对它进行了研究。2000多年以前，古希腊人曾经猜想，世界是由水、火、土和气四种最基本的东西组成的，在土地和海洋的外面包裹着的就是“气”。他们把这四种最基本的东西叫做“原质”，意思是说这四种东西是组成世界的最基本的原材料，希腊人在这里讲的“气”，指的就是空气。我国古代科学家把空气看得更重要，认为“气”是“万物之本”，认为一切东西都是由“元气”变成的。古人的这种认识当然是不全面的，它们把空气看成是一种东西了。现在科学家们已经证明：地球的大气层是一种混合气体，其中氮气占78%，氧气占21%，二氧化碳占0.03%，此外，还有少量的水蒸气和微量的臭氧、氩、氖、氦、氪、氙和甲烷等。这样的大气成分在太阳系中是独一无二的。尤其是其中的氧气占21%，成了我们人类呼吸的“氧气库”，正是因为这样，我们大家才存在于这个世界上，地球上也才有了万物生长。太阳系中的其他星球，仍然是死寂的世界，甚至是在远至银河系之外，科学家们也没有发现任何有生命的迹象。
空气不仅为我们人类提供了“氧气库”，同时还是我们的“空调机”。我们知道，在太阳系的其他星球上，昼夜温差往往很大，当太阳曝晒的时候，温度很高；而当太阳晒不到的时候，温度就会急剧下降而变得很低。为什么我们地球上不是这样呢？原来这就是大气的作用。大气像空调机一样，不断地把热空气吹到冷的地方，而又把冷空气吹到热的地方，就这样使得地球上的温度变得均匀、协调，非常适合人类的活动。
我们知道，在茫茫太空中游荡着许多的小行星，它们受地球的引力作用经常会“造访”我们的地球，如果没有大气的阻挡，这些“空中飞贼”就会长驱直入，给地球和我们人类造成伤害。有了大气就不用害怕了，多数小行星在没有落到地面之前，就因和大气摩擦而烧毁了。此外，太阳发出的紫外线以及宇宙的各种射线，都会对人类造成伤害，大气把这些有害的东西都挡住了，使人类免受其害。因此，大气是名副其实的“保护伞”。
看来大气对人类的用处还真多呢！那么，地球上的大气是怎样形成的呢？
科学家们认为，在地球形成的初期，由于地球本身的不断收缩、放射性同位素衰变以及陨星的撞击，使原来冷凝的地球迅速升温，原始地球处于熔融状态。出现层圈分离时，一些被禁锢在物质中的各类气体被释放到了地球表面，其中有氨、甲烷、水汽和含硫气体等。此时因地球的引力很大，除氢气和氦气可能有部分逸散外，其他的气体由于地球的引力已不再跑掉，于是出现了含甲烷、氨气和水汽的原生大气。
大概到了距今38亿年前以后，由于陨星撞击作用非常强烈，原始而薄薄的地壳又极容易被击破，导致火山爆发异常频繁，于是地球内部的气体随着火山喷发而充实到大气中来，形成了次生大气。次生大气的成分与现代火山气体相似，包括二氧化碳、一氧化碳、氮、氩、氦、甲烷和氨气以及含硫、氟、氯等的气体。此时的大气，仍无游离的氧气。这一点科学家们从太古时代留下的大量条带状磁铁石英岩以及加拿大、南非等地区所产的沥青铀矿碎屑岩等的成因得到证明。
条带状磁铁石英岩石由于厌氧性细菌的大量繁殖，吸收溶解于海水中的铁脂质，当细菌死亡后，铁屑沉淀下来就形成了铁矿。我国鞍山铁矿就属于此类铁矿，此类铁矿占全球铁矿储量的90%左右。可见早期厌氧菌大量繁殖时的地球是没有氧气的。那么，现代空气中游离的氧气又从何而来呢？实际上，这些氧气是由于空气热解后以及后来绿色植物的光合作用产生的。游离氧的出现，从根本上改变了大气的成分，于是氧化作用也就出现了。此时，大概已经到了距今30亿年前了。
除了空气之外，和其他生命一样，人类最离不开的就是水了。据科学家们研究，人不吃饭只喝水可以坚持7天，但如果不喝水的话，最多只能活3天。据说，2000多年以前，波斯帝国的一支5万多人的军队神秘地失踪了，后来发现这支军队不是死在神秘的刀枪之下，而是被活活渴死在利比亚大沙漠里。实验证明，我们人体内有近2/3的东西是水。不用说皮肉，就是骨头里面也含有40%的水。科学家们还证明，人失去一半的蛋白质还不至于死亡，但如果失去1/10的水，生命便岌岌可危了。而我们的地球恰恰为我们人类的生存提供了水。
然而，科学家们发现，最初的地球不仅没有空气，而且也没有水。那么，目前占地球表面71%的巨大水体又是从哪里来的呢？最初的地球没有空气，水不可能从天而降。科学家们认为，最初的水与原始气体一样只能从地下喷发出来的岩浆中获得。也就是岩浆内部的结晶水，通过火山喷发作用到达地球表面而聚积起来。比如，现代火山喷发的气体中约有3/4即属于水蒸气。
科学家们研究发现，地球在形成的最初5亿年里，放射性元素十分丰富，产生的热量很大，地球内部排放气体的速度比较快，火山喷发很强烈，几乎随处可见，所以原始水也就较快地积聚了下来。
另外，科学家们还可以从地球最早出现沉积岩的时间来推测地球水圈形成的时间。科学家们发现了在俄罗斯克拉半岛山距今35亿年前形成的变质岩系中沉积形成的石英岩；南非35亿年前形成的超镁铁质岩石中亦含有沉积形成的钙质岩层。因此，科学家们认为35亿年前地球上就开始出现水圈，沉积作用也开始发生。不过，由于这些早期的沉积岩还经过了风化、侵蚀、搬运、沉积等一系列过程，因此，水圈出现的时间应该还向前推移，科学家们估计在距今40亿年前后。
当然，最初的水圈里水量是很少的，科学家们认为那时的水量仅相当于现在水量的1/10。而水量的迅速增加也许要到距今20多亿年前，因为那时的沉积岩分布已经非常普遍了。这个时期水量之所以增加是因为此时的地球外层温度逐步降低，为天空降水也创造了条件，于是地表出现了比较集中的水体。又由于地壳表面的起伏不平，在低洼处聚集积水，这样海洋、湖泊、河流也就由此诞生了。
那么，最初出现的水质是不是与现在的水质是一样的呢？实际上，原始水来自于火山喷发，可以想象到水中溶有酸性的气体，所以当初的水应该是弱酸性的。有了水以后，也就必然有了降雨，那时的雨水也堪称是酸雨了。但这些酸雨降到地面后，就会溶解地壳表面的岩石，从而形成含二氧化硅的溶液，再加上火山喷发出的二氧化硅，这样就导致了当时的沉积岩中多硅酸盐岩类的沉积。
最初的水圈中没有什么无机盐类，味道是淡的。但随着时间的推移，岩石经过雨水的冲刷、风化作用，使其中的许多物质溶解到了水中，这样水中便有了较多的离子成分，也包含组成食盐的氯离子和钠离子，当然水也就逐渐变咸了。随着地壳的不断演化，海水的咸度也在逐渐增加。地球最与众不同之处就是它诞生了生命。就目前科学家们的研究来看，地球是太阳系中唯一能够产生生命物质并且使生命繁衍进化的行星。当然，科学家们并不能排除在太阳系之外的其他行星中有生命，甚至有更灿烂科学文化的生命的可能性。最初的水质与现在有很大的不同
过去，人们认为地球的生命开始于古生代，即距今5.7亿年前。但是，科学家们研究发现，远在30多亿年前，地球上的生命就已经出现了。尽管经过了漫长的时间，早期生命的痕迹极为稀少，但科学家们凭借他们的智慧仍然探索到了许多令人称奇的信息！而这些也就足以让人们了解当时的地球地貌了。
让我们先看看地壳的演化。目前世界上最古老的岩石分布相当有限，大致可见于南非、波罗的海沿岸、澳大利亚西部、西伯利亚、北美大湖区以及中国的华北地区。它们组成了陆地的核心，有人认为这就是最早的地质板块，好似大地的核心，所以也称为“陆核”。“陆核”代表了地壳最稳定的部位。这些陆核上的岩石，几乎全由呈深色、密度较大的基性岩和酸性花岗岩以及深度变质的沉积岩组成。不过这类岩石的出现大致也有一些顺序：在距今约40亿年前最早期的岩石与“洋壳”（大洋底部深入到岩层内）基本相似，那时的地壳很不稳定，强烈的火山喷发仍在继续；而在距今30多亿年前，地壳里可见到酸性花岗岩类岩石的入侵，这时“陆壳”性质的岩层正在增长，终于增大了古陆核的范围。这种入侵活动从最早距今35亿年前开始至距今25亿年前结束，贯穿整个太古代，它是通过几次大的地壳运动来实现的。至此，从地球的诞生到地壳的初步形成，水圈、大气圈的出现，地球已经度过了它的童年时代。大陆是由这些“陆核”变来的
“羽毛渐丰”的地球
地壳初步形成以后，随之地球进入了元古代（距今25亿～5.7亿年前），虽然早期形成的古陆核仍继续存在，但面积较小，而且彼此之间并不相连，它们好像海洋中的孤立的岛屿。也就是说，尽管这些岛屿地壳是稳定的，但其周围的其他地壳却仍然活动剧烈，在一些活动剧烈的地壳中发育了较厚的沉积岩层，它们的基本成分是由硅质类岩石并夹基性的火山岩组成。它们最厚的可达3万米之多。到了距今约17亿年前左右，出现了一次最有意义的稳定大陆的形成事件，使古陆的范围进一步扩大，经过这次事件以后，大陆差不多已接近了现在的规模。也就是说，较大面积的稳定区出现了，地壳上强烈的火山活动，至此也暂告一段落。然而，这些新形成的大陆岩石圈还比较薄弱，还没有达到真正的稳定。实际上，地球表面出现了比较稳定的地区和相对比较活跃的地区。科学家们将这个时期的大陆岩石圈叫做“原地台”，意思是区别于以后形成的真正的地台。所谓地台就是地壳上比较稳定的地区，它与地壳上强烈的活动地区即所谓的地槽相对应而存在。地槽就是在地台内部和周边还发育着长条形的活动区域。元古代时原地台的分布
这之后，地壳的运动方式也明显地表现出“板块运动”的特点。随后，大陆地壳不断增厚，大陆板块发生分裂、漂移、并接等现象。科学家们研究发现，从地球大陆增长过程来看，自从距今30亿年前最初的陆核形成以来，稳定大陆增长的速度一直是比较慢的，随着地质演化历史的进程，这一速度有加快的趋势。到了距今17亿年前左右的时期，稳定大陆的面积在相对较短的时间内却大大增加，给人一个特别突然的印象。如果我们再考虑到距今17亿年前以后的地质演化历史，那么，发生在距今17亿年前左右的这次稳定大陆增长事件就显得更为突出。因为从距今17亿年前以后直到现代的地质演化，稳定大陆的面积虽然还有所增加，但增加的规模已经很小了。
科学家们并没有找到这一规律出现的原因，但他们一般认为主要是由于地球演变的内能所决定的。对稳定大陆增长规律的认识在地球演变历史的研究中是非常有意义的。因为地球演变历史中，古地理、古气候的变迁，生物界的演化，以及水圈、大气圈无不受到岩石圈演变的影响和支配。现在让我们先看一下北美大陆是怎样由陆核逐渐扩大的吧！
科学家们发现，年龄最古老的岩石占据了大陆的中部，它们被年龄比较小的岩石所环绕。越向外去，岩石的年龄就越小，这样一圈圈地扩大开去。岩石年龄这样有规律地分布证实了科学家们早就提出的大陆扩张理论，即大陆在地质演变过程中是由中心向外一圈圈地增长，使大陆不断扩大的。不断演变的北美大陆（数字单位：亿年）
而到了距今14亿年前至8亿年前这段时间里，发生过一些不同规模的地壳运动，随后就趋向稳定。至此，自地球形成以来的强烈地壳运动终于告一段落。
古生代时期的地球
从古生代开始，地球上的生命进入了空前繁荣的时期，数量之大，种类之多也是前所未有的。因为从这个时期开始出现了大量的有钙质和硅质骨骼的生物，其中许多的生命已成为保存得很好的化石，所以最初人们认为那个时期是地球生命的开始。现代科学已经证明，古生代作为最古老生命的时代已经名不副实了。但这个时期的生物与后来的生物相比仍显示出了很大的不同，这也是古生代划分的由来。
古生代是指距今5.7亿～2.3亿年前的这一段时期，它持续了约3.4亿年。尽管古生代与古生代之前的时期相比，时间短了许多，但因为距今时间更近以及生物化石的空前增多，所以科学家们对古生代的研究要详细得多。
地球经过了几十亿年的演变，进入古生代后，大气圈、水圈、岩石圈的物质结构和组成与今天的地球相比已经相差很小了。古生代的地层总的来说可以分为上下两层，就地质年代来说，也就是可以把古生代分为早、晚两期。早古生代包括寒武纪、奥陶纪、志留纪三个纪，从距今5.7亿～4亿年前，持续了1.7亿年的时间。晚古生代包括泥盆纪、石炭纪、二叠纪三个纪，从距今4亿～2.3亿年前，这段时间大约也持续了1.7亿年的时间。
那么，早古生代的寒武纪、奥陶纪、志留纪这三个纪是怎么确定的呢？
早在1833年，英国科学家薛知微在研究英国威尔士地区的古生代地层时，为这一地层用一个古代地名“寒武”命名。但不久，与薛知微一起研究这片地层的另一名英国科学家莫企逊却提出了异议。在1835年，莫企逊用另外一个名字“志留”来为这片地层命名，“志留”是曾经居住在威尔士地区的一个古代民族的名称。后来的科学研究表明，薛知微命名的寒武系的上部与莫企逊命名的志留系的下部是同一地质岩层。直到1876年，另一位英国科学家拉普华斯提出了新方案，才把这一混乱局面得到解决。拉普华斯保留了寒武系、志留系的名称，但是它把寒武系限定在古生代的下部地层，把志留系限定在古生代的上部地层，而把薛知微命名的寒武系与莫企逊命名的志留系两者重叠的部分另立新名“奥陶系”。与“志留”一样，“奥陶”也是曾经居住在威尔士地区的一个古代民族的名称。
之所以会发生以上混乱，还有一个重要原因就是，英国威尔士地区古生界地层的厚度很大，而且地质构造的作用非常强烈，因此就不容易区分。早古生代地层划分的几种方案对比
知道了早古生代三纪的划分，我们再来看看科学家们对晚古生代
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