轻松科普:关于地球的八个未解决的重大难题

2018-07-08 04:13 来源:未知 责任编辑:admin

  1970年,当世界上第一个地球日举行时,地质学家们仍在对板块构造理论进行最后的修饰,这一模型解释了地球表面是如何形成的。40多年后的今天,我们的星球上仍然存在着许多谜团。

  科学家们认为,地球在45亿年前合并成为一块干燥的岩石。那么,地球上最重要的化学物质之一H2O从何而来?也许是受到40亿年前一个星际间运输系统的巨大影响。地球受到被冰雪覆盖的小行星的撞击从而为其补充了大量的水。但是地球上的水的起源一直是神秘的,因为在这段时间里,岩石中存在的证据仍然很少。

  作为传说和科学的东西,地球的核心一直让科幻作家和科学家着迷。在一段时间内,地核的构成是一个谜,至少在20世纪40年代是这样的。科学家们根据陨石测量了地球最初的基本元素平衡,指出了地壳和地核中的哪些元素是缺失的。他们推测,地壳中亏损的铁和镍很可能大量存在于地核中。但是,20世纪50年代的重力测量显示,这些推论是不正确的。因为地核太轻了。今天,研究人员继续猜测哪些因素导致了我们脚下的密度赤字。同时他们也对地球磁场的周期性逆转感到困惑,因为磁场是由外核的流动液态铁产生的。

  是因为地球和另一个不明行星发生了巨大的碰撞,形成了月球吗?对于这个理论目前并没有普遍的共识,因为一些细节并不支持它。例如,地球和月球岩石的化学成分非常接近,这表明月球是由地球产生的,而不是一个单独的撞击产物。另外,有模型显示,快速旋转的地球在和其它星球在撞击过程中可能会释放出足够多的熔岩,从而形成一个与地球化学性质相似的月球。

  生命是独自在地球上产生的?还是在星际空间中被激发并在陨石上传播而来?在小行星和地球上最极端的环境中,人们发现了最基本的生命成分,如氨基酸和维生素。弄清楚这些部分如何结合形成第一个生命是生物学最大的难题之一。而且,还没有发现地球上第一批居民的直接化石痕迹--这些化石可能是原始的、咀嚼岩石的细菌。

  我们的存在归功于蓝细菌,这些微生物帮助我们从根本上改变了地球的大气层。他们把氧气作为废物排出,使地球表面在24亿年前第一次充满了氧气。但岩石显示,氧气水平在过去30亿年的时间里像过山车一样上下起伏,直到大约541万年前的寒武纪时期稳定下来。那么细菌是否会直接控制着空气中的氧含量,或者是有另外的因素?理解向富氧地球的转变是解码地球生命历史演化的一个关键因素。

  在经历了将近40亿年的地球演化历史后,寒武纪的复杂生命突然大量的出现,这也成为了地球历史上的一个独特的转折点。突然之间,地球上有了具有大脑、血管、眼睛和心脏的动物,它们的进化速度在这个转折点上比今天所知的任何其他行星时代都要快。在寒武纪大爆发之前,氧气水平的上升被作为解释这一现象的重要原因,但其他因素也可以用来这些解释动物的神秘崛起,比如捕食者和猎物之间的军备竞赛。

  在地球表面的坚硬外壳上可以形成美丽的高山日落和猛烈的火山喷发。然而,地质学家仍然不知道板块构造引擎何时启动。因为大多数证据都被销毁了。只有一小部分44亿年前的被称为锆石的微小矿物颗粒存活了下来,他们告诉科学家,在当时第一个类大陆的岩石已经出现。但是早期板块构造的证据还是有很多争议的。尤为重要的是,板块运动的驱动力是什么,目前仍然没有确切的答案。

  地震预测是一个世界性难题,它也让地质学家们受到很多非议。比如在汶川大地震发生后,中国的地质学家们成为众矢之的,民众纷纷抱怨他们不作为。但是,谁不想准确预报地震呢?在最好的情况下,统计模型可以梳理出未来地震发生的概率,类似于气象专家警告即将到来的降雨。但这实际上并没有任何作用。即使是世界上最大耗时最长的实验也失败了,当时地质学家预测,到1994年,加州帕克菲尔德将发生地震,他们还设置了仪器来捕捉即将到来的地震。但是,线年。最大的障碍之一是地质学家仍然不明白为什么地震会开始和停止。

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