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发布时间:2020-06-16 21:39:04

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作者:康涵

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(探索地球上的七大洲,呈现46亿年漫长的地球史!“探索新地球”系列图书)

(探索地球上的七大洲,呈现46亿年漫长的地球史!“探索新地球”系列图书)试读:

一、地球篇

地球,这个美丽淡蓝色的并不发光的星球为所有生物提供了生存的条件,在漫漫无际的历史长河中诞生了我们的人类文明,从此,这颗体积不大的小星球抛弃了百亿年的沉寂,这颗只有一颗卫星的星球变成众多生物的母亲,众多生物在这颗星球上繁衍生息,一代一代,周而复始。在百亿年的变化过程中,地球母亲留给我们的未解之谜太多太多,这些问题的研究能够帮助我们从不同角度分析地球的变迁过程,以及地球未来的走向。宇宙的星河运转,给地球带来了风云变幻、万千气象。气候总是井然有序地来到人类身边,当春日怒放的鲜花竞吐芬芳之后,夏秋金黄的硕果又会呈现在人们面前;气候又总是变幻无常地偷袭着地球,磁暴、飓风、洪水等灾难给地球上生命的繁衍带来巨大的威胁与挑战。当极光冷艳慑人的魅力令人不由地屏住了呼吸时,龙卷风狂野不羁的无情又让人心胆俱悚。气候像个嬉闹的顽童,令人类千百年来不断地为之迷茫、为之探索……

地球的诞生

地球,是人类及所有生物共同的母亲,她广袤丰沃的胸膛,哺育了千千万万生灵,在她巍峨挺拔的臂膀中,承载着亘古绵长的历史重任。地球的诞生就是一个神秘莫测的谜团。

地球的存在是一幅震撼人心美丽的画卷,人类在自身不断发展和演化过程中,对其所生存的星球从来没有停止过探索。然而,在浩瀚的宇宙中,为什么只有地球才有人类文明的存在,我们的地球到底是如何形成的?各种宗教经典有关开天辟地的解说,各种说法不尽相同,且说得也很牵强。然而有些说法倒非常接近科学家对地球起源的概念,至少可以说,接近科学家根据古老岩石中所找到的证据的解释。地球诞生之谜包含了以下的谜题。

谜题之一:太阳及其行星的诞生。

首先,在我们探索地球起源时,必须同时设法解释太阳系的起源,因为地球的历史与地球近邻——太阳系的历史有密切关系。德国哲学家康德认为太阳是一团浩瀚无边、由尘与气形成的冷云,不停旋转。1796年,与康德同时代的法国数学家拉普拉斯把康德的概念又推进一步,解释太阳系怎样由这一团云形成的。他假设,这一大团云受宇宙力的作用而旋转,同时受本身物质的引力作用而渐渐收缩。收缩中的云间歇地向太空散发无数粒子幕,粒子最后凝聚成行星。在此期间,云团的中心也在本身引力的作用下,收缩成太阳,进而形成了我们今天的太阳系。

拉普拉斯的概念虽然可使人折服,却被后期发现的基本物理定律所推翻。据这些定律推断,收缩中的太阳,体积越来越小时,旋转会越来越快,假如一直维持到今天,太阳自转的速度就会比目前快得多。拉普拉斯凭丰富想象力建立的学说,经证明有不少缺点后,天文学家就提出一些其他似乎可解释的学说。其中一种学说假定太阳最先产生,但没有行星。后来,太空中有另一个星球从太阳附近掠过,把一长条物质扯了出来。掠过的星球继续飞行,而这些物质则凝聚成太阳系的行星。可惜的是,经过仔细分析后显示,从太阳扯出的这种炽热物质会消散掉,不会形成行星。即使在某种未知的过程下凝聚成了行星,运行的轨道也会远较今日太阳系中的轨道为不规律。另一种学说认为,在太古的宇宙中,太阳有一个孪生伴星,一个掠过的星球与太阳的伴星相撞。在撞击下产生的碎块,就可能形成几颗行星,环绕着留下来的太阳运行。但散布太空的星宿相距那么远,这种碰撞极不可能发生。即使真的发生了这种灾难,星球爆炸时产生的炽热和可挥发性物质,似乎也不可能直接形成行星。

今天,科学界出现了“星云说”或“原行星说”,这个新假说为许多看似全然相异的物质怎样形成的细节,做出统一联贯的解释。因此多数宇宙论学者认为新假说至少能正确地说明宇宙演化的概况。“原行星说”是重提康德及拉普拉斯的说法,假设过去太阳系领域的太空中有一大片气云弥漫其间。这种气是由“宇宙混合物”组成,即宇宙到处都是气分子混合物。在每一千个原子中,九百个是氢,九十七个是氦,其余三个原子是较重的元素,如碳、氧、铁等。原生云慢慢开始转动,但旋转情形大概并不是平稳的,通过最近利用射电望远镜观察遥远太空中类似气云,天文学家相信在旋转时必有湍流。

实际上,旋转中的云看来非常像一个旋涡,而整个气团在太空中运行时,不断有局部的小涡流出现,而在中央部分形成一个大涡流,比云团其他部分收缩得较为迅速,进而形成一个黑暗而密度较大的物体,即“原太阳”。环绕原太阳的云团中,在冰冷深处某些气的原子结合成化合物,例如水和氨;固态的尘晶慢慢结成,如铁和坚硬的硅酸盐等金属晶体。云团旋转时受到引力与离心的作用,逐渐成为巨大的扁平圆盘。假如我们能从遥远处观察当时情景,就会看到一个像转动中的大唱片的东西,而在中央的那个小洞就是原太阳所在。

在这个转动的圆盘中,局部涡流继续出现。有些旋涡必在碰撞时破毁,有些被原太阳逐渐增强的引力弄散。面对这种破坏力,涡流要保持不破不散就得聚集足够数量的物质,作为本身的重心。在这个旋转体系内的存亡战中,有些局部涡旋获得物质。环绕前太阳终于产生了一系列旋转的圆盘。每个圆盘都是一颗原行星,它们都大得足以在本身引力场内合为一体。每颗行星在太空中环绕太阳运行时,都像一名清道夫,把原来云团里的剩余物质扫清。在这个阶段中,原太阳的核心开始热核聚变,开始发光,放出大量的能。初时,间歇地“燃烧”,呈暗红色。最后就成为我们今天看到的金黄色恒星。原太阳成为恒星,直径比任何原行星直径大一百倍左右,因此原太阳拥有强大的引力,足以把轻的氢原子吸住,留在内部,触发热核聚变。而较小的原行星,则不能起这种作用。这样,就形成了我们今天的太阳及其卫星的太阳系。

谜题之二:地球的诞生。

在原太阳领域内的某处,出现一团含有冰冷粒子与固体碎块的旋转云,即一种宇宙尘暴,原地球就这样诞生了。稍后,由于水与冰分子之内聚引力作用,这些物质才能凝聚成球状。原地球沿轨道绕太阳运行时,其引力继续收集更多物质。地球和其他行星就是这样在太阳系领域内积聚冷尘的过程中形成的。在成长中的原地球逐渐热起来。地球继续收集新物质,新物质撞及地球时发出的能量产生热,其中一部分留在地球里。引力作用也使地球凝缩,产生更多热。地球内部的放射性元素逐渐开始蜕变,成为又一个热源。经过亿万年后,地球的温度高得足以使铁、镍等重金属下沉,构成溶融的地核。从地表裂隙逸出的水汽和气体,构成地球的大气层,另一个主要热源太阳光,这时也会发生作用了。太阳的辐射这时以全力冲击地球,破坏了原始大气中的分子化合物,还把它驱散进入太空中。因此,大气中的氢和其他轻元素,大部分逃离地球散失了。这个过程终于使宇宙中较重和较稀有的元素密集在一起,而这些元素是构成岩石、植物和人体所不可或缺的。由于亿万年来如氢等许多轻原子逸人了太空,地球此时的质量,比尘云凝聚为原地球时,约减少了一千倍。

地球停止自太空轨道上收集碎物后,表面逐渐冷却下来,变成固体。岩石外壳形成,陆块也出现。但是,地球那时还未能维持我们今天所认识的生物;地表还是太热,不适宜有机体生存,而且大气中也充满有毒的甲烷和氨。熔岩从地壳裂罅流出,使藏在地球熔融内部的水蒸气得以冒出来。事实上,许多地质学家以为,目前海洋里的水,大部分由这种早期的火山活动带到地表。这些水原来都是凝于冰尘中的。

地球上的火山活动减缓时,太阳的强烈紫外线辐射,把大气里的一部分水分子分解成氢原子和氧原子。地球的引力不足以留住较轻的氢原子,大半氢原子逸入了太空。较重的氧原子则留在地球。地球大气演化过程中,虽然释出一些游离氧,但甲烷和氨等气体必然仍长期占优势,因为今天大气中的游离氧,大部分已知是植物光合作用的副产品。

地球继续散发热量,逐年冷却下来,而原太阳也渐渐燃烧,到了我们今天所见的明亮程度。过了不久,地球的大气冷却后,使空气中的水汽凝结成雨点,降回地表。最初,雨点滴在灼热的地表上,又汽化为嘶嘶的水蒸气。到后来,地球终于冷却下来,在地表上蓄水成池。没多久,冷却中的大气开始大量降雨。全球各地的水,可能都是一次长期倾盆大雨时降下的。起伏不平的地壳上,低洼地区逐渐注满了水,地表上于是出现海洋。

虽然科学家一般都相信,我们居住的地球经历过上文描述的形成过程,但是无人能断定确切年代。原地球大概在四十六亿年前,发展成现在的大小和形状。其后可能再过十五亿年,地球上的环境才适宜早期的生物生存。当然,生物的演化过程另当别论,这样地球就形成了。谜题追踪

我们生活的地球与太阳、月亮有着密切的关系,茫茫宇宙中,地球是我们唯一的家园,包含太多的谜团等着我们去解开,这也是我们这本书的本意。

追寻地球的年龄

几千年来,人类一直想知道地球的年龄。为求取答案做过广泛调查研究。可是直到近五十年间,研究人员才拥有探究地球真实年龄所需的精确推算年代的技术和仪器。那么,我们的地球到底存在了多久?还会延续到什么时候呢?

地球年龄早已有过不少估计,许多宗教的经典中,都有地球的年表。举例来说,印度婆罗门教认为,地球与时间同是永恒的。公元前三世纪的埃及学者曼尼索编成地球三万六千年历史中,神和半神半人的朝代列表。希伯来学者则仅把创世年代定为公元前四千年左右。希伯来人的创世纪故事,部分可能取材自早期的巴比伦神话,不过有些神话所提到的开天辟地时间较为古远。

1654年,爱尔兰亚尔马总主教厄谢尔从旧约全书的系谱推算出,创造地球的年份是公元前4004年。与厄谢尔同时代的另一位学者,自称算出地球诞生的准确日子和钟点是十月二十三日上午九时。但研究同一旧约全书资料的希伯来学者,则推算出创世年份为公元前3761年,所以传统的希伯来日历,就从这一年开始。

近代许多神学家都对按照字面解释圣经的观念提出异议。实际上,远在公元五世纪时,圣奥古斯丁就认为,创世的六天时间可能是指必然经过的几个阶段,而不必是字面上的时间序列。即使较保守的基督教学者,今天通常也同意,可以把创世的六天看作象征六个概括的时期或时代,而不必以二十四小时为一天。

不管怎样,公元十八和十九世纪时,科学知识进一步发达,学者都知道地球的年龄必定远超过几千年之数。科学家于是开始一连串别出心裁的钻研,来探究地球的真实年龄。1715年,英国天文学家埃德蒙.哈雷提出,科学家追求的证据在海洋里。他假定海水最初是从大气落下的淡水,而今天海水里的盐分,则可能是后来经过数不清的年代,由河水把盐冲入海洋中所致。拿目前海洋所含钠盐的吨数,除以世界各大河流每年把盐冲人海洋的平均吨数,便可计算出海洋的年龄。科学家虽然试过哈雷的方法,但推算出的海洋岁数显然太低。我们现在晓得,河水挟入海洋的盐量,在过往的年代中变化极大。此外,海洋盐分还有其他成因,如火山活动,熔岩从洋底的裂隙涌出来等。

早期提出类似的推算地球年龄的另一方法,是测量洋底每年的沉积率。以此沉积率除海洋沉积的估计部厚度,便可以求出海洋年龄。今天,我们知道这个方法有几个疑难问题。其中一个就是:有关“板块构造”的新近发现显示,随着全球的海底移动,洋底沉积也会不断移动,甚至毁灭。

1799年,英国运河测量员威廉.史密斯指出,沉积岩岩层中发现的各种化石,“永远以相同层次上下排列”。因此不管在什么地点,化石便成为地质学家断定岩层相对年龄与层次顺序,这是断定岩层相对年龄的方法,并成为今天地质学的基本概念之一。但是这种推定年龄的方法,只属比较性质,仅能确定某一岩层比另一岩层古老或年轻。至于岩石的确实年龄,仍然无法求得。

到了十九世纪时,一些地质学家朝另一个方向探讨。他们开始设法估计,地球自初有生命以来,迄今经历了多久的时间。1867年,地质学之父查理.莱伊尔爵士推测,二亿四千万年时间可能足以说明地球上各种动植物在过去所发生的重大递变。但是与莱伊尔同时代的一位学者估计则仅需六千万年。博物学家达尔文支持莱伊尔的估计,认为六千万年不足以说明整个生命史与现代有机体的演化。

大约同时,英国物理学家基尔文勋爵认为地球的岁数应更低。他假设地球最初是一个灼热的熔融体,计算地球冷却到目前仅剩下一个溶融核心所需的时间。结果定出地球的年龄只有二千万年。而与基尔文同时代的地质学家和古生物学家,多半认为这样低的岁数似乎不大可能。

后来发现,基尔文没考虑到当时未能充分了解的另外一个热源,那就是使地球内部岩石暖热的热力。这种热是由藏在地面下的放射性元素产生的。况且,地球几乎绝非起源于一个溶融体。近代学说认为,原地球是从一团由冷尘和气形成的云逐渐积聚而成的,受到藏在内部的放射性元素发热的影响才暖热起来。如果基尔文晓得这些因素,就会知道地球年龄一定超过二千万年。

今天的科学家都知道,地球年龄甚至比莱伊尔和达尔文所想象的更老得多。现代对地球年龄的估计,是根据存在于地球放射岩石里的一种“地质钟”。1905年,美国化学家博尔特·伍德指出,在含铀的岩石中,一定有铅元素。他注意到,在地球的任何一个地区内,放射性岩石中所含铅与铀的比例,通常都极为一致。于是他就假定、并经证明是正确的各种形态的铅是放射衰变过程的最后产物,铀同位素逐渐变成铅同位素。博尔特伍德推论,如果铅是这种缓慢衰变过程的最后产物,那么就年份相同的放射性矿物来说,铅与铀的比例是应该相同的。他认为,只要能晓得铀衰变的速率,就可从岩石中铅同位素与尚未改变的铀同位素的相对比例,精确算出岩石的年代。而随后的研究显示,铀的放射衰变率极为缓慢。

岩石是最初的铀原子,已知需要经过四十五亿年以上,才有一半发生衰变。这个数字称为铀的“半衰期”。

到现在为止,通过铀-铅比例和其他较新的放射推算法,确定了不少远古岩石的年代。最老的岩石是产自南极洲、南非、澳大利亚、前苏联和北美的“加拿大地盾”。放射化学分析显示,最古老的岩石是在三十多亿年前形成的。在这样古老的岩层下面的岩床,凝固时间则必在地球历史中更早的时代。地质学家至今还未能确定这些岩床的年代,这些岩床或许出自地球的原始地壳。但直到目前为止,还没有岩石经鉴定为原始地壳的一部分。谜题追踪

地球的原始地壳究竟有多古老呢?许多科学家相信,陨星是一颗行星或者许多小行星的残骸,原来是与地球和太阳系的其他行星同时形成的,不过后来碎裂了。果真如此,那么我们通过铀-铅比例测定从天空降下的陨星碎块的年龄得知,地球的年龄接近四十六亿年。

地球最终会走向何方

地球是太阳系中的一颗行星,也是我们人类赖以生存的家园。对于地球的历史,以我们人类所能找到的证据只能推测它大约诞生于46亿年前;若问地球将会有怎样的归宿?我们也只能进行推测,而推测的结果也是各不相同的。

第一个试图不靠神学去详细研究地球的过去和可能会有的未来的人是苏格兰的地质学家赫顿。他在1789年,发表了第一本现代地质学著作,他在书中承认自己在研究地球本身的过程中,并没有能够看出它开始和终结的迹象。于是许多人都认为:地球一旦形成,如果任它作为表面覆盖着一层水和空气的金属和岩石集体存在的话,它就会这样存在下去直至永远。

后来,人们的研究又近了一步,开始考虑到外来因素对地球的干扰。

人们首先想到的是太阳,它离地球最近,并且有足够大的能量来左右地球。在过去的几十亿年中,太阳维持着目前的活动水平,因而地球基本没有变化。但太阳会永远维持现状吗?一旦它发生变化,会给地球带来什么影响呢?

20世纪30年代之前,人们觉得太阳的能量终有一天会耗尽,终会渐渐冷却,由耀眼的白色冷却成橙色,再变成红色,最后变成一个光能枯竭的黑暗星体。这一变化也会使地球由于得不到足够的太阳能量而慢慢冷却,越来越多的水冻结起来;冰天雪地的南北两极不断扩展,直至赤道地区也变得天寒地冻;整个海洋将冻结成一块坚冰,空气也会液化,随后还会冻结成同体。在此之后,没有生命存在了的冰冻的地球,仍会履行它作为太阳行星的职责,而乐此不疲地旋转若干年。

但是,到了30年代,核物理学家第一次发现在太阳和其他恒星中所发生的核反应。因而推测出,太阳的能量来自于它上面的核反应,太阳的一生将度过引力收缩阶段、主序星阶段、红巨星阶段以及致密星阶段。其中主序星阶段是太阳的稳定时期,我们目前正处于这一阶段,而且刚刚度过了一半时间。但接下来便是太阳变成红巨星的阶段,那时大部分氢燃料消耗尽,其他核反应就会发生,使太阳变热膨大。在这种情况下,地球的末日就到了,它会被烤成灰烬,最后又发挥掉。当然这是几十亿年以后的事。

除了太阳之外,目前科学家还在寻找影响地球寿命的其他因素。

有的科学家认为太阳可能有一个兄弟——太阳的伴星,这颗伴星日夜不停地绕日运行,每隔2600万年,就会转到离太阳最近的地方来“兴风作浪”,它的强大引力会引起众多彗星的大扰动,有10亿颗彗星将在太阳系内横冲直撞,地球和其他行星都将成为这些彗星的“靶子”。如果与地球相撞的彗星的质量足够大,那后果真不堪设想:轻者生物灭绝,生态剧变;重者山崩地裂,地球“粉身碎骨”。这种类似的灾变是有案可稽的。

科学家们还发现:在过去的2.5亿年间,生物发生过多次灭绝,其间隔恰是2600万年。例如:9100万年前、6500万年前、3800万年前,以及1100万年前,分别发生的大灾变,使75%以上的生物在劫难逃,恐龙就是在6500万年前灭绝的。当然,这颗可能会给地球带来不测的太阳伴星还没有被人们发现。但是,许多科学家是相信它的存在的。谜题追踪

地球究竟将受到来自空间哪一方的打击而遭毁灭?地球何时寿终正寝?这些,现在还都是悬而未决的疑案,等待着一代又一代的人去探讨、去寻觅。

探寻地球内部的奥秘

我们知道,地球是由地壳、地幔、地核三部分组成的,然而这种理解应当说是很肤浅的。因为就目前来说,我们只能“触摸”到地球表面薄薄的一层壳。然而,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。

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;地球深处温度升高的现象也可以在钻井中看到。根据温度随深度增加的速率来计算,地心的温度竟可达10万度左右。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态状态。于是许多研究者提出了“气态地核说”。

但是,也有人认为这一学说是建立在钻井和火山资料基础上的,其最深也不会超过60公里,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平均5.52克每立方厘米。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,地震波的研究为我们探索地球内部的奥秘提供了一个好帮手。由于剧烈晃动(爆炸、地震)而产生在地表的弹性震动传播到地球内部,在不同的水平面上变换着速度,由具有各不相同的物理属性的地表层反映出来,可用精密仪器记录下来。

第一个利用地震仪发现地球内部奥秘的是前南斯拉夫的地震学家莫霍罗维奇,他在研究1909年10月8日发生在南斯拉夫的萨格勒布的一次强烈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公里处,存在一个不连续的跳跃,说明在这个深度上下的物质密度相差很大。此后,科学家证实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,美籍德国地震学家古登堡在观测远方所发出的地震波时,又发现在地表下面2900公里处,地震波的传播速度也发生了急剧改变,这里又成了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同态特征,它的上部由含二氧化硅24%~25%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,因此又称它为硅镁层。

1936年,丹麦地质学家莱曼对地核中传播的地震速度进行了更精密的测量,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公里处。外核中地震波横波不能通过,人们推测它为液态,而到内核,横波又重新出现,说明它是固态。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,人们推测地核可能是高压状态下铁、镍一类物质构成的。

然而,并非所有学者都同意上述观点,在不断研究中,又先后提出了“铁硫地核说”、“金属氢地核说”、“金属氢化合物地核说”、“铁硅地核说”、“铁氧地核说”等等。目前,学术界认为铁氧说、铁硅说、铁硫说是三种可供选择的较佳方案。然而这三种学说也只是人类用智慧对地球内部体形的间接“窥视”而无法直接用“肉眼”寻其证据,所以地球中心究竟为何物仍是个谜。谜题追踪

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)约深12公里。对比这些数字,我们会发现,我们可以直接研究地球表层的厚度仅为20公里左右。路漫漫其修远兮,未知之路还有很长一段距离等着我们去探索。

是谁驱使地球在运动

从上篇文章我们了解了地球的内部结构,我们还知道地球有个假设的地核,地球在不停地自转和公转,那么地核是静止的吗?它也会自己旋转吗?

前苏联一位名叫帕·切尔卡申的研究人员,他根据理论推算,提出了一种假设:地核旋转速度比其外壳(地幔)快16倍,并认为自南落体加速度的物理本质正蕴涵于这一理论之中。根据他的计算,如果地球表面旋转速度为每秒0.465公里,那么根据已知的地核地质半径推算,地核表面的旋转速度应为每秒4-3公里。在近地低轨道上飞行的人造卫星,也是以与地核相同的角速度旋转的。物理学家、行星学家以及动力学专家,都对这一大胆假设很感兴趣,由此可见,这一假设颇有些不平常。

其实,早在几个世纪以前,伽利略就确定了自由落体加速度,牛顿发现万有引力定律也已有300年了。然而对重力加速度的物理本质,现代科学仍未能做出令人满意的回答。根据爱因斯坦广义相对论方程,可以得出引力波存在的可能性。这种引力波也许有助于问题的解决,但是经过几代科学家们的努力,这种引力波始终未能发现,因此直到目前都不能不承认,那些怀疑引力波存在的观点仍然是强有力的。

按照帕.切尔卡申的假设,我们可以对地球电磁场产生的机理做出有趣的解释。地球模型的剖面看上去很像发电机:地幔是定子,地核是转子。于是人们就想,假如地球是一部巨型发电机,那么当人们找到了通向地核的方法以后就可以获得取之不尽、用之不竭的能源。

让我们来设想一下未来有这样一个电站:巨大的超导电缆从四面八方通向电站;其附近没有水坝,也没有冒烟的大烟囱;电站厂房内没有涡轮机、锅炉、原子反应堆,也没有热核装置……巨大的电能直接由地核产生……那么,世界上只要有几个这样的电站,就可以保证全球用电了。当然,这一切在今天还只不过是想象而已。

不过,帕·切尔卡申的假设可以回答这样一个问题:为什么一些天体没有磁场?答案很简单:要么是那些天体核的旋转速度不足以产生磁场,要么是根本就没有核。

从行星学角度看,帕·切尔卡申的假设是很有意思的。它有助于在理论上确定地球以及太阳系所有其他行星核的半径、质量、密度、转速以及其他一些参数。总的讲,这些计算与目前科学研究所得出的结果是一致的。如果帕·切尔卡申的大胆假设得到了验证,那么它就可以用来解释自由落体加速度和引力常数的物理本质。它们将与光速、电荷单位、哈勃常数以及其他一些量并列为物理学的主要基本常数。

现代科学都了解,太阳动量矩(脉冲矩)中占所有行星总动量矩的2%。显然,这里动量矩与守恒定律是不相符的。帕·切尔卡申的假设可以解释这一矛盾现象。根据他的假设,不足的动量矩完全出于太阳核心,它的转速比其外层要快上218倍。根据帕·切尔卡申的计算得出的太阳核心的旋转周期,与通过试验确定的太阳光的脉冲周期2小时40分是一致的。谜题追踪

当然,帕切尔卡申的假设也带来了许多问题。例如:什么力量使地核旋转?为什么这一转速后来不传给地幔?为什么?为什么?……是啊,不正是因为这些“为什么”帕·切尔卡申的观点才叫做假设吗!要知道,正是这样一些假设常常给人们带来新的发现,而人类需要发现的东西又是何其多呀!

大陆漂移说争论

“沧海变桑田”,是古代人们观察所得,说明海陆在不停的变化,那么是什么引起的这种巨大的变化呢?初始地球的海陆是怎么分布的呢?现在的海陆位置还会不会发生变化呢?

近年来“格罗麦挑战”号船在公海上游弋,记录在航海日志上的勘测航程非常重要,绝不逊于1492年哥伦布发现新大陆后的任何航海成就。船上的科学工作者钻探海床,研究有亿万年历史的沉积泥和沉积岩。每次把三英里半长的钻杆提上来,都证实了一项当代最惊人的科学发现世界各大陆都在地球内部的上地幔漂移。

这项发现产生一种称为“全球板块构造”的概念,推翻了一切认为地球是一个稳定行星的传统观点。新概念认为,地球是个活动不息的星球。在过去的四十六亿年历史中,地球上的海洋开开闭闭好像手风琴一样,各大陆互相冲击宛似笨重的大船在怒海中相撞。这项崭新的认识,也解开了很多从自然科学萌芽以来就令人困惑的谜团,例如各大陆、山脉、海洋、岛屿等是怎样形成的;火山和地震的成因;海洋生物的化石为什么竟会嵌在喜马拉雅山脉的高峰上等等。以上所举只不过其中一部分。

美国海洋学老前辈尤英博士说:“全球板块构造的学说不应再视为仅是一种理论。就科学上的意义来说,这个学说的重要性,与达尔文的进化论、爱因斯坦的能量与运动定律并驾齐驱,而且对人类也同样重要。”

一些地质学家从地质的现象方面提出了下列几个论点:

①地壳并不如地质学家从前所想像那样是一整块硬壳,而是由若干单独的板块(十大板块,每块再分为若干小块)构成。板块由厚四十至六十英里的岩石构成,都在极热的黏质地幔上漂浮。

②地球表面的陆地就搁置在这些板块上(洋底也是如此),从前一度连接一起,形成单独一整块的超级大陆,约两亿年前才开始分裂。裂开的碎块终于形成现今的七大洲和各大岛屿。这些大块的陆地缓缓漂移分离,像流动输送带上的包裹一样。

③从洋中海渊裂缝涌出来的熔岩,凝聚在这些地壳板块的边缘,使板块逐步增大;同时这些板块又受到来自地球深层的力量所推动,以每年一英寸半至六英寸的速度在地球表面朝不同方向漂移。从地质学的观点来看,这种速度可以说是猛烈的。

④板块互相推挤争取空间,产生种种蔚为奇观的现象:移动中的大陆板块(大体都是花岗岩)碰及洋底板块(由质地致密、浮力较小的玄武岩构成)时,就像巨大的推土机炉到洋底板块上面,把海床上亿万年来层叠的沉积物刮掉,也把地壳岩石成片地刮走。这类岩屑堆积在大陆板块的边缘,像弄皱的毛毯似的,形成一系列的山脉。洋底板块被压了下去,以徒斜角度逼进大陆板块边缘的地沟中。没入的洋底板块受到摩擦所产生的热力而熔化,在地面下聚成白热的熔岩囊。这些困在地面下的熔岩被逼由地壳裂隙逸出,喷发出地面形成火山。地壳板块的撞碰、分离以及切截也会造成地震。

地质学家怎会做出这个看来稀奇古怪的推论?细看地图时可见,假如把南美洲和非洲放在一起,稍微挪动,这两大洲就像拼图游戏中两小块合拢起来一样吻合。1912年,德国地质学家韦格纳创立学说,认为各大陆从前一度实际连接一起。

他指出巴西凸出地带的岩系与非洲几内亚湾的,在年代和结构两方面都相似,足以证明是由同一个地质结构分裂出来的。他还注意到,在南美洲、非洲、澳洲,甚至远在印度,都发现过完全相同的化石植物和淡水动物,若说这些动植物经历几千英里的咸水旅程还能生存,实在毫无可能。但许多人对这个说法表示怀疑,因为谁也想不出有什么力量能推动庞大的陆块,使陆块在地球的坚硬地壳中移动。况且,照理这些移动中的陆块会在洋底上留下岩石移了位的痕迹。可是一直找不到有过这种变动的痕迹。

还有难以理解的是:洋底上的沉积物稀薄得出奇。地质学家推算,由海洋微生物形成了沉积物,加上吹进或冲入海中的尘埃,经过亿万年时间,各洋床一律至少应积有十二英里厚。可是在各海洋的中央几乎没有沉积物。在邻接各大陆的海洋边缘有薄薄的一层,仅厚半英里。1850年以后,工程师在铺设横越大西洋海底电缆时,发现海洋中有淹没了的山脉。此后在太平洋和其他海域也发现类似的山脊。

到1950年,海洋学家才发现洋脊自成一系,连绵四万英里,环绕着地球。大洋脊的中心深处有很多裂缝,渗出熔岩。在洋底逐渐裂开的地方,熔岩不断涌出,变硬后形成新的洋底物质。科学家臆测,洋底可能逐渐向外移动,离开洋脊,终于急遽下陷没人邻接地的深海槽中。

1963年,这个新概念得到明显的支持。那年英国剑桥大学两位科学家维恩和马西慈发表了一篇演绎推论。地质学家早已发现在地球历史上,磁极曾经多次倒反极性。这种现象的成因至今不明;但地质学家凭借测量岩石中放射性元素的衰变和确定嵌入岩石中的化石的年代,能确定磁极倒反发生的时期和辨认倒反痕迹,如辨认树木的年轮一样。(上一次磁极倒反在七十万年前发生。)剑桥大学两位科学家推论说,洋底真是由洋脊的熔岩产生出来然后渐渐伸展离开洋脊的话,那么,洋脊正背两面就应当有一段完全相同的磁极倒反地带。

海洋学家乘坐拖着地磁仪的船只出海时,发现磁极倒反地带恰如推论一样。科学家既能断定各次磁极倒反发生的时期,也就不但能确定洋底任何特定部分的年代,而且能确定该部分在地壳内移动的方向和速度。例如,他们知道大西洋的洋底正在逐渐扩大,每年把欧洲和北美洲两地推远一英寸。

这些研究的结果发表以后,很多难题都有了解答。科学家现在知道海底为什么有山脉,海底电缆为什么突然折断,海底的沉积物为什么这样稀少。沉积物稀少的原因是洋底移动太快,以致沉积物蓄积不到很深的厚度;沉积物不是點贴在各大陆上就是泄入海沟中。海洋学家追溯过去洋底移动的情况,就能测出现今各大陆原来的位置。

要从目前的资料推想出地球历史,需要知道这些重大变迁相继发生的精确次序。唯一的方法,是钻入洋底挖取沉积物和地壳岩石,把成分和年代确定下来。加利福尼亚州的斯克利普斯海洋学院领导美国四个学术机构,在格罗麦挑战号船上共同从事这项卓越的工作。这是海上从未见过的怪船。船身中部设有一部一百四十二英尺高的油井钻架,船上有一个二十英尺宽的洞贯通船底,一条几英里长的钢钻杆柱就是经此大洞沉放海底。格罗麦挑战号钻探的海域,海水极深,船铺全无效用,因此在选定钻探地点后,要靠装在船尾的一对螺旋桨,以及装在船壳的四具侧面推冲器,使船身位置保持稳定。推冲器在必要时能把船推向横行,并由电脑操纵,利用沉在洋底上的声呐信标,即使在最汹涌的海面,也能把船保持在钻探地点四十英尺内。

1968年8月以来,格罗麦挑战号已航遍各大海洋,钻过数百个洞孔。最深的钻人海床五千七百零九英尺。从洞孔中取出一条条很长的岩芯,内有游泥和基岩。有些岩芯年代极古老,达一亿六千万年。长条岩芯提到甲板后,每五英尺长截为一段,急忙送到船上设备完善的研究室,分别经拍照、X光检验、性质检定、年代分析等处理。然后把岩芯装在塑胶筒里,送进冷藏库留做进一步研究。钻探计划的科学主任彼得逊说:“你会觉得自己像考古探险家细心探察淹没已久的文明遗迹一样。

当时,策划和资助格罗麦挑战号船上研究工作的,不仅是美国,还有九个国家,包括前苏联在内。遍及全球的地球动力学计划,也有载人的潜水器参加,例如“阿尔文”号潜水艇,负责绘制海床图、拍摄照片和抽取样本,补助格罗麦挑战号的工作。我们对地壳移动和演化的知识因此不断增加。

这些探测船艇每次返回港口时,地球历史总有些枝节要修改一下。不过地质学家现在多半同意,地球的地面在两亿年前确曾连接一起,构成单独一个超级大陆,称为“联合古陆”(希腊文的意思是“所有的陆地”)。这块原始大陆的中心,似乎位于赤道一带。日本在北极附近,印度靠近南极洲。按照美国两位地质学家狄爱慈和霍尔登从现有资料所做的推想,起初分裂时,在地壳上自东至西出现一条庞大的裂缝,并且在南美洲至非洲陆块与南极洲至澳洲陆块之间也出现一条裂缝。印度脱离出来向北移去。各大板块从分裂开来直至移到现在的位置,历时两亿年。从地质学的观点来说,两亿年只是一段非常短促的时间。假使把地球历史简缩为时钟上的十二个小时,这段时间相当于三十分钟而已。

北美洲向西北移动,还顺时针方向旋转了二十度。非洲大陆紧随着欧亚大陆,曾做逆时针方向旋转。最壮观的是,印度次大陆一脱离非洲和南极洲就向北漂移,经过一亿八千万年,移了五千五百英里,最后猛撞人亚洲大陆腹部。这两个大陆之间的海洋沉积物,被挤得变了形,好像虎头钳夹住的塑造泥,结果产生世界最高的喜马拉雅山脉。这样说来,登上圣母峰顶的爬山家就是站在从前的洋底上了!

在地中海发生的变动,其猛烈程度也相近,在这个地区,非洲板块轰然撞及欧洲大陆。这一碰撞在欧洲造成了比里牛斯、亚平宁、阿尔卑斯等大山脉。在地球的另一面,南北美洲、亚洲以及澳洲隔着辽阔的太平洋,开始迎面聚拢。这几个板块前缘下面那些地沟中发生了变动,结果产生了南美洲的安第斯山脉、沿北美洲西海岸的内华达和西马德雷等山脉,以及阿留申和日本两地的弧形列岛。

过去海洋开闭过多少次,各大陆互相碰撞,裂开后再接合起来又发生过多少次,地质学家正设法测定出来。至于未来情况,他们已能颇有信心地做出预测。科学家假定各大板块保持现行方向漂移,预言大西洋会继续扩宽,太平洋则会缩小。由于非洲大陆再向欧洲徐徐前移,看来地中海已注定终会变成浅水池塘,而红海则会扩宽成为海洋。喜马拉雅山脉会增高,印度次大陆不会再钻进亚洲板块下面去,却会向东滑移。澳洲每年会向北前移两英寸。

南美洲和北美洲会继续向西前移。圣安第斯断层以西加利福尼亚州海岸的一小块地带,是处于与北美洲分开的一个板块上的。这小块地带和下加利福尼亚半岛会脱离美洲大陆向西北移动。不过洛杉矶要再过一千万年才会漂移越过旧金山,还要再过五千万年才会溜进阿留申海沟去。谜题追踪

海陆的变化还在继续,尽管很细微,但每一次火山地震都像是地球在提醒着我们:世界并不是我们想象中那样安静。

地球上的无底洞

我们常用“无底洞”来形容满足不了的物质要求或者做不完的事,在古书中也会有关于无底洞的神奇描述,那么现实世界中真的有无底洞存在吗?是什么原因构成的呢?

我国一些古籍却多次提到海外有个神秘莫测的无底洞,《山海经》记载:“东海之外有大壑”;《列子·汤问》:“渤海之东,不知几亿万里,有大壑焉,实惟无底之谷,其下无底.名日归墟。八绂九野之水,天汉之流,莫水注之,而无增无减焉。”地球上是否真的存在“无底洞”?如果有“无底洞”的话该有多深?常理来说,地球是圆的,且由地壳、地幔和地核三层组成,真正的“无底洞”是不应存在的,我们所看到的各种山洞、裂口、裂缝,甚至火山口,也都只是地壳浅部的一种形态。

然而,事实上地球上确实有这样一个“无底洞”。它位于希腊亚各斯古城的海滨。由于濒临大海,在涨潮时,汹涌的海水便会排山倒海般地涌入洞中。据测量,每天流入洞内的海水量达3000万千克。奇怪的是,如此大量的海水灌入洞中,却从来没有把洞灌满过,是真真正正的深不可测。

有人怀疑它有一个出口,于是从20世纪30年代以来,人们做了许多努力,企图寻找它的出口,却都是枉费心机。为了揭开其中的秘密,1958年美国地理学会派出一支考察队。他们把一种颜色经久不变的深色颜料溶解在海水里,以探求它移动的轨迹。他们把这种颜料随河水灌入“无底洞”中,接着他们又查看了附近海面以及岛屿上的河流、湖泊,满怀希望地去寻找这种带颜色的海水,可结果令他们非常失望,没有一点的痕迹存在。难道是海水量太大把颜料稀释得太淡,以致人们无法发现?

几年后美国人又进行了一种新的试验,他们制造了一种浅玫瑰色的比水略轻,能浮在水上而不下沉,又不会被水溶解的塑料粒子,以防止出现颜料稀释的现象。试验者把130千克肩负特殊使命的物质,统统掷入到打旋的海水里。片刻功夫,这些小塑料粒就像一个整体,全部被无底洞吞没。试验者的设想是,只要有一粒在别的地方冒出来,就可以找到“无底洞”的出口了。然而他们在各地水域整整搜寻了一年多的时间,仍是一无所获。谜题追踪

直到今天谁也不知道为什么这里的海水没完没了地“漏”下去,每天大量的海水究竟都流到哪里去了呢?

地球上的冷暖交替

我们知道地球的光和热主要源于太阳,是太阳赋予地球以阳光、生命和大气,所以谈到地球的冷热变化,人们往往会联想到太阳。

但是,在地球形成的地质年代中,曾经发生过近百次冷与热的交替,地球最冷时,极地冰川可能延伸到某些较低纬度地区,在我国南部的亚热带地区也曾有过山谷冰川的发育。地球最热时,能使南、北极地冰川融化,在极地不仅发现有代表湿热气候的石炭二叠系煤层,并有热带的动、植物化石存在。

地球历史上的冷热现象是怎样产生的,难道是太阳忽冷忽热导致了地球冷热变化吗?太阳能否热得使地球极地成为热带气候,反之又冷到使赤道附近变为寒冷地带吗?于是研究太阳、探索地球气温的演变,就成了人类千百年来追溯地球冷热变化的谜团。

20世纪下半叶以来,随着科学的高速发展.天文学家们经研究确认:在地球生成的40多亿年中,太阳没有发生过明显的忽冷忽热变化,在未来的50亿年中,太阳也不会发生这种变化。太阳只存在着11年为一个周期的黑子变化,这种变化是强磁场产生的粒子辐射现象,虽然对地球的气候有周期性小波动影响,但绝不会构成地球长周期的大规模冷热变化。既然太阳不会暴冷暴热,那么地球为什么在某些地质年代会变得寒冷,而在某些地质年代又变得那么炎热呢?极地的热带气候究竟是如何形成的,热带的冰川又是怎样发育的呢?围绕这些地球之谜,在科学界曾引起了许多学说的争鸣。

争论情况大致认为:(1)地球大规模冰进与冰退,即地质年代中冰期与间冰期冷和热的交替,显然不能归结于太阳的冷热变化;(2)也不是地球旋转轴发生位移,造成地球90度大倾斜,而导致了极地和赤道的位置互换;(3)更不是源于宇宙物质——宇宙尘,彗星,小行星等对地球的影响,以及地球的外界引力所致。

从地球近日寒冬、远日反而是酷夏这一现象来看,也说明地球的冷热变化主要不取决于距太阳的远近,而春、夏、秋、冬四季的冷热差异,也不在于太阳的能量变化,主要在于地球的偏转运动。因此可以认定太阳的能量是不变的,地球的冷热变化主要不在于太阳,而在于地球本身的变化,所以对地球历史上和现代所发生的冷热之谜,也只能在地球本身来寻觅这个难解的谜底。

地球变暖的因素主要表现在低层大气中,而低层大气最大温室气体是水蒸气,如果二氧化碳形成温室效应增强,必然会蒸发更多海水,海水蒸腾作用会产生更多的云,而云量增多、增厚又会吸收和反射太阳光辐射,形成阳伞效应,使高空变热、地表面变冷,这显然与气象卫星观测情况不符。同时云量增加又会导致更多的阴雨气候,这显然与地球多年来干旱、水荒、气温上升情况恰恰相反。因此二氧化碳是否是造成地球变暖的真正元凶也还是个未解之谜。

科学家们认为:人类对地球气温变化的干预能力虽然极其渺小,但因为地球表面的温度的平衡是以十分微妙的力学关系来维持的,只要使地球外围大气层的成分稍加变化,就能使地球温度升降2摄氏度。若地球平均温度升高2摄氏度,就可使地球南北两极的冰川全部融化;相反,地球平均温度下降2摄氏度,便会导致地球冰川遍地,重新进入冰河期。当地球稳定的热平衡因人为的因素而被打破时,就会导致地球气候的急剧变化。许多科学家认为地球正在变暖,一般老百姓也有这种感觉,这样会导致冰川融化;而也有些气象专家根据多方面的气象资料分析,认为地球将进一步变冷,可能面临一个新的冰河期的到来。对于这一全球性的热门问题,地球将到底是变暖还是逐渐变冷,科学家们正在探讨之中。谜题追踪

地球的温度将会走向何方,是变暖,还是变冷?我们还不得而知,但有一点我们是肯定的,现在的气温是最适合人类生活的……

地球馈赠人类的宝藏

地球是个富饶的星球,她蕴藏了无数的宝藏,人类得以从地球丰富的自然资源中,汲取让生活愈加舒抬甜美的乳汁,那么我们现在一起清点一下地球母亲给我们的恩赐。

沃土、金属等资源,都是地球慷慨地奉献给人类的。人类是否在充分享用这些时,也想到了要保护及节约资源呢?

宝藏之一:沃土良田

对人类来说,从地下深处开采出来的任何贵金属、宝石或矿石,都不如地壳表面那几尺厚的泥土宝贵,因为它是农业和林业的根基所在。泥土是熔岩、岩石和火山灰经风化而成的小颗粒。坚固的岩石之所以会粉碎,主要是由于风、水和温度变化。热带气候昼热夜凉,岩石不断胀缩,产生能使岩石破裂的压力。岩石碎裂后,又因与雨水、地下水所含的弱酸或弱碱发生化学作用而分解,加上风蚀的磨蚀作用而粉碎。岩石内有矿物质不断发生缓慢的化学变化,形成黏土,而较稳定的矿物,例如石英,则只会越来越碎而成为沙粒。

良田的土壤含有大量矿物质和腐殖质(腐烂的有机物)。例如赤道地带等终年常有大雨的地方,土壤中的矿物质或腐殖质却被水冲走,剩下没有养分的泥土。在有旱季的半干旱地区,地下泉水把土壤中的矿物溶解,渗出地面。水分在地面蒸发后,留下矿物质在地面结壳。若积存的是铁的化合物,土壤便会呈赭红色。钙有时候也会循这种过程,在地面上结壳和结核。经过漫长的时间,结壳越积越多,使沙漠的沙粒和泥土多半含有极高的盐分。但是,用心灌溉和使用无机化学肥料,常可使沙漠变成良田。

世界上有成就的文化多半发祥于有沃土良田的地方。亚洲大陆、中欧和北美洲密西西比河上游盆地,都有一层黄色的底土,叫做“黄土”。黄土来自被风吹来落的在上次冰期那些巨大大陆冰川边缘的泥土。现在全世界的小麦、大米和玉米大部分都是这些地区生产的。印度的恒河流域、印度河流域和雅鲁藏布江流域,埃及的尼罗河三角洲,中国的黄河与长江流域,以及中东底格里斯河与幼发拉底河的“新月沃土”地带,数千年来始终是文化的中心,因为那里的土地肥沃,而每年又添上从远处山脉冲来的饱含矿物质的沉积物。

宝藏之二:地下能源

十八世纪末,大森林多半已被砍伐殆尽,欧洲人便从地下寻找另一种新能源一煤。煤是一种“化石燃料”,由古代沼泽树木经过地壳长期挤压而成。煤通常埋藏在几个沉积层之下。由于硬煤(无烟煤)快要耗尽,世界采煤业正致力从又大又浅的矿层开采烟煤和褐煤。但以目前的耗量计算,现有的丰富煤藏也会在三百年内耗尽。

到了二十世纪,煤炭时代为石油时代所取代。石油是另一种化石燃料,由古代海洋中微小生物的有机物质构成。70年代末期,世界年产石油共二千万桶(每桶四十二加仑),但仍无法满足不断增加的需求。中东的石油蕴藏极为丰富(占全球已知石油蕴藏量的一半以上),已在开采新油田,加上有可能从页岩和砂焦油中提取石油,石油供应似乎很充裕,不过地质学家提出警告说,连未来的消耗计划在内,全球石油会在一百年内用光。

直到最近,大家才认为二十一世纪将是核能时代,因为“滋生反应器”能产生几乎无限量的放射性燃料。但由于技术、费用、环境污染等问题,加上对其安全性的怀疑、对核子武器扩散的恐惧,使用核能的研究遭遇极大难题。至于太阳能的使用,在数年前曾因费用太大和不切实际而遭摒弃,现在已再度受到重视。很多人更认为,太阳能会成为我们解决长期能源需求问题的一个重要因素。

宝藏之三:化学品

二十世纪中,人类的福利与大量化学产品发生越来越密切的关系。由肥料以至药品,都用化学产品。有些有机物质用来制造塑胶和药品,有些则用来制造氨、合成纤维等工业和人类生存所需的产品。

盐田是无机化合物的最大宝库之一,目前世界每年采盐约一亿吨。世界各大洲都盛产盐。盐矿是古代含盐的湖水或海水在水分干涸后剩下的残渣。中东的死海和美国的大盐湖,目前还看得到水分逐渐蒸发,盐越积越多的现象。在这方面,人类更设法缩短这种自然作用,把含有大量溶解矿物质的水抽入蒸发池,待水干涸后,才去掘取池中留下的矿物。盐田中除有人类赖以生存的食盐外,还有大量制造肥皂和纸张的钠盐、可用作肥料的钾碱、做熟石膏的石膏以及许多对现代工业有极大价值的稀有化学品。

重要的盐矿通常都在世界的沙漠地带。例如智利山区的亚他加马沙漠盛产硝酸盐,这是制造炸药和肥料的主要原料;北美洲西部沙漠盛产硼酸盐,这是玻璃和搪瓷工业的重要原料。

沙漠的盐矿由于矿泉水积年累月由下面渗上来,把矿物质积存在沙漠底层,而且因为沙漠地带雨水太少或根本没有雨水,所以无法把矿物质冲走,便一直留在那里。死火山附近常有硫矿,因为火山爆发时,天然的硫矿会从火山道喷出来。但是硫磺也会与天然气、石油一道藏在盐丘里,从盐丘提取硫磺的办法,是把热水灌人硫层,然后把水抽出来,再加以精炼。

宝藏之四:贵重金属

地球外壳的含银量,只占一千万分之一;而白金和黄金的含量更少,每种只得十亿分之五。长久以来,人们用金银作为衡量财富的标准。十六世纪西班牙探险家发现了白金后,竟用来伪造金锭,使世人对白金产生轻视的心理,认为白金是一种低贱的掺杂金属。想不到今天白金的市价,竟约等于黄金的两倍,真令人啼笑皆非。白金有抗蚀的特性,而且能够抵受高温,是现代许多工业中不可或缺的金属。但黄金依然是国际金融货币的基础之一,世界各国拥有的黄金储备约值四万亿美元。

世界黄金年产量,大约有百分之四十来自南非。在美国、墨西哥、加拿大和秘鲁等国开采的银,合占世界总产量的一半以上,而加拿大、南非和前苏联则是出产白金的主要国家。

黄金很少与其他元素结成化合物,因此在地壳里发现的黄金通常相当纯净。一些南非金矿出产的黄金,是从古老山脉岩石中开采出来的。这些岩石受了风化作用,沉积在河床沙石中成为砂金矿藏。今天,黄金是从狭窄的矿脉中开采出来。十九世纪中叶,澳洲和美国加州,由于发现砂中有块金、片金和砂金,掀起了淘金热。随后才开采位于河流上游山中的母脉。白金和银开采出来的时候,都差不多是完全纯净的金属。虽然银很多时候也和别的元素结合成为化合物,例如氯化银等,但是从化合物中提炼银,往往是无利可图的。

块金通常都含有合金,其中银约占百分之八,还有少量的白金、铜和其他金属。银的分量越多,金的颜色也越白。从前提炼黄金,大多利用锑(炼自辉锑矿)和汞或称“水银”(炼自辰砂),不过现在都已经改用电解提炼法了。这个方法是把未经提炼的黄金放在酸液内,然后通电,使纯金积聚在阴极板上,而银及其他金属则会变溶解状态沉到底部,再经化学方法处理,便可以提炼出来。

宝藏之五:矿物质

人类从石器时代进入铜器时代,继而进入铁器时代后,便使文明坚定不移地朝着摩天大楼与月球火箭之路前进。我们现代工业社会的庞大经济中心,以前都是在易到、易采的贱金属矿源附近发展形成的。今日世界的繁荣主要系于人类继续利用从地壳中找到的贱金属。

铁虽然是地球上最多的金属,但大部分储藏在地球核心。地壳的成分大约有百分之八是铝,镁占百分之二,铁占百分之一,铜仅占五十万分之一;像锌或铅等金属则更少。那么地壳里怎么会有大量金属集中起来,足供人类易于开采呢?地质学家说,在渐渐冷却的岩浆里,最普通的岩石,例如花岗岩,最先结晶,最后冷凝的矿物都是金属。地壳里的金属受到压迫从裂缝向上及向外流出,最后结晶形成矿脉。举例来说,在北美苏必略湖附近以及蒙大拿州巴特镇,就曾从这种矿脉中开采出几百万吨上等的铜。岩浆上升时逐渐冷却,由于不同的金属会在不同的温度结晶,所以铅、锌矿床可能会在铜矿床之上,而钨则会在矿脉的较低处。

不过并非所有的金属都是从这种原生矿脉中开采出来的。例如智利藏量丰富的硫酸铜和其他著名的硝酸盐,便是地下水慢慢渗出地面,在亚他加马沙漠的干燥空气中水分蒸发后留下的残渣。委内瑞拉、澳洲、中国、俄罗斯、印度和北美洲的几处世界最大的铁矿矿藏,都是从早已侵蚀殆尽的山中冲出后,沉入古老的湖床或洋床积聚而成。铝土矿,也就是铝矿石,是长石风化后形成的,长石是花岗岩的一种主要成分。加拿大是世界主要的产铝国,倒不是因为盛产铝土矿,加拿大根本没有这种矿。是因为加拿大有成本低廉的水力发电,可以用电解法来提炼铝矿(加拿大炼铝所用的铝矿石都是从非洲和南美洲运去的)。世界各地目前对较稀有的金属例如镍、钒和钼等,需求量甚大,因为它们是制造合金的重要原料,可以用来和钢、铜或其他贱金属制成有用的合金。

宝藏之六:建筑用的岩石

伟大的文化,大多数都有独特的建筑物。长期以来,地壳的基岩一直是个丰富的仓库,供应不少各式各样的建筑材料。远在公元前二十六世纪,埃及人已经就近开采石灰岩,用来建造第一座巨大的金字塔一库福金字塔。石灰岩是一种沉积岩,由无数死去已久的海洋生物贝壳化石经过紧压和胶合而形成。那些生物在远古的海洋中繁殖,死后骸骨积聚一起,经过极长的年代,一层层地沉积海底。全世界各地石灰岩的产量也都很丰富,英国多佛的白垩崖是最著名的石灰岩矿。建筑大教堂和办公大楼都缺不了这种岩石。希腊和罗马人用来造华丽纪念碑的大理石,其实是变了质的石灰岩。石灰岩在地壳里受了高温和高压,便变成了一种可以打磨得很光滑的结晶岩石,就是大理石。砂岩是澳洲主要的建筑材料,别的地方也用它来砌成宏伟建筑物的正面外墙,以壮观瞻。砂岩是由沙滩或沙漠的沙混和氧化铁、硅土等矿物质胶合而成的。各大洲最普遍而最坚硬的岩石就是花岗岩,这是一种由地球内部喷出来的热岩浆,经过冷却后结成晶体的火成岩。由于石质坚硬,开采和打磨的费用又昂贵,所以近年来花岗岩(大理石也是一样)只用作大建筑物的装饰。

今天,成本低而用途广的主要建筑材料当然是水泥。水泥是由粉状石灰岩和黏土地高温下混合而成,加入水、碎石和沙混和后,再倒进模中就成为混凝土。混凝土中夹入钢筋后,可以增强韧力,非任何其他材料可比,最为建筑师所乐用。其用途之广,也实在令人难以置信,既可造吊桥,又可造摩天大楼。石棉是笨重的绿色蛇纹石,呈纤维状,在制造耐热的瓦片、绝缘体和墙板等方面,代替了昔日的熟石膏,用途广泛。石膏经过脱水之后便成为熟石膏,而石膏却是盐湖里的湖水被蒸发后所留下的矿物质。由此看来,到了一种原料不再有多大用处的时候,地球又会供应另一种有用的原料。

宝藏之七:宝石之王

如果要详述地球的自然宝藏,首先列举的当然是那些宝石。由于宝石在某些特殊工业里有新的用途,现代的宝石琢磨工人的独门手艺,只限于琢磨珠宝首饰。地球各大洲的岩石,至少也有几种宝石的原晶体蕴藏其中。南非固然以庞大得惊人的钻石矿驰名于世,但印度、西伯利亚、巴西、坦桑尼亚及西非等地,也出产钻石。此外还有其他髙价的宝石,例如盛产于哥伦比亚、秘鲁、南非以及俄罗斯的绿宝石;主要来自缅甸和斯里兰卡的红宝石;目前以澳洲和亚洲为主要产地的蓝宝石等。不过,只要自然环境适合,便不难找得到一些宝石。

钻石是由碳原子受了地层深处的高温和高压力压缩结晶而成,其他大多数的宝石都是蕴藏在一种称为伟晶岩的特殊地层内。伟晶岩是由地球内部升到表层的熔岩形成。岩浆含有矿物质的酸性溶液,通过地壳岩石的裂缝涌上来。这些溶液冷却时,原本溶解在其中的矿物质便凝结成晶体。有时候伟晶岩里蕴藏的石英、碧玺和其他宝石的晶体,体积异常巨大。有一次,发现过一块绿宝石晶体,重量竟达数百磅。但是最珍贵的宝石很少会这么大。据现时所知,世上最大的钻石是1905年在南非发现的“柯里南”。这颗钻石的一边长约四英寸,重三千六百零一克拉,约等于1.3磅。后来切割磨成一百零五颗宝石。

宝石能够成为矿物之王,主要是因为具有近乎完美无缺的晶体结构。宝石特有的硬度、光泽和透明度,根据晶体结构中的原子排列方式而定,而这些特性也决定了宝石本身的价值。

钻石质地坚硬无比,在光线直射下能够发出美丽的闪光,这都是

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