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1、地球科普三部曲之行星的力量,2018.10,目录：,序言第一章、碰撞第二章、火山第三章、大气第四章、海洋第五章、冰川第六章、地球,序言,忽然，一颗闪闪发光、蓝白相间的宝石从月亮后面浮现出来，这一缓慢动作持续了很久，场面十分壮观。这个明亮的球体呈现出柔和的天蓝色，上面还点缀着缓缓飘动的旋涡状的白色轻纱。它缓缓升起，宛若一颗小小的珍珠镶嵌在一大片深邃而神秘的黑色背景中。过了许久，我才完全意识到这是我们的家园地球。 美国宇航员埃德加米切尔,引子,切尔斯基是俄罗斯东北部的一个小镇，寒冷而偏僻，是地球上最荒凉的地区之一，这里有一望无际的冻土带。血湖谓语切尔斯基市郊，冬天，湖面会完全冻结，整个湖面覆盖着大
2、约一米厚的不透明灰白色冰层。我们可以看到封在冰层下面的气穴，以及从湖水深处不断往上冒的气泡。,实际上，整个地区几乎所有的湖泊都会排放出：无色、无味、极易燃烧的气体甲烷,自上个冰河时期以来，西伯利亚的甲烷一直封存在约1000米的永久冻土层中，只在每年夏天大概最上层的半米融化，极少数甲烷逃逸出来。,据估计，全球甲烷总储量的25%左右蕴含在西伯利亚的永久冻土层中。目前，随着湖泊的融化，越拉越多的甲烷正以越来越快的速度外泄。 北极是温度上升最快的地区,相比之下，目前地球表面的平均温度为15。但是我们排放温室气体的速度更快，以前发生的情况可能会再次发生。,我们存活在这个地球上，要有稳定的气候，这取决于海
3、洋、陆地、大气、冰冻圈、生物圈之间联系的隐形网络。它们表面相互独立，却又以超出我们想象的紧密联系配合运转，通过物质和能量的不断交换来维持气候稳定，使人们能够生存。,空气革命,18世纪60年代，苏格兰的詹姆斯瓦特开始设计一台大气发动机，他并不知道的是，自己的发明不仅创造了一个全新的工业时代，也同时开启了一个新的地质时代。蒸汽机发明煤铁的使用量爆发式增长机加工产品的生产迅速扩大运输方式的发明和创新人类活动和对环境的影响均呈全球化的趋势。,许多科学家把18世纪末当成一个关键的地质学时期，人类在自然力的支配下生活的几千年，终于进入了新的地质时代：灵生纪人类主宰的时代。18世纪80年代以来，南极洲和格陵
4、兰岛冰封的荒原上就覆盖着层层积雪，它们记录着温室气体开始增加的过程虽然缓慢，但显而易见。,肺脏与流沙,亚马逊雨林为地球上约三分之一的生物提供了家园，各种动植物都在这里找到了它们的栖息地。通常雨林被称为“地球的肺脏”，可事实是：它们能释放多少氧气，就能消耗多少氧气它们在提供氧气和消耗二氧化碳上是中立的，而且这个平衡可能十分脆弱。当人类排放的二氧化碳更高时，雨林就会更加的枝繁叶茂；同时，当森林被人类活动焚毁，储存在树木中的二氧化碳就会重新释放到大气中，这时候森林中的微生物会更加的繁盛。根据数据预测，有可能在几十年间，亚马逊雨林会从二氧化碳的主要消费者变成主要生产者。,远在非洲的撒哈拉沙漠，当劲风从
5、撒哈拉刮过，再像洪水一样涌向陆地，甚至能抵达遥远的英格兰，尽管它最强劲的势头会在大西洋上空消散，但它所携带的上百万吨泥土，会在大气层中滞留，最终像下雨一样降落在亚马逊流域。正是因为矿物质粉末不断的运送到这里，这种跨越大洋的营养供给使雨林茂密繁盛。,然而，随着全球变暖，热带地区温度上升必然会使非洲下级降水增多。在未来数十年，撒哈拉内陆地区的降水有可能会恢复到正常水平，进而促进植物生长，植物又会吸收水汽，使空气变得潮湿，进而引起更多的降水。当植物牢牢抓住松软的地面，就不会有撒哈拉风暴中的沙尘，而越过大洋的雨林，就会遭到破坏。,问题,从上面这些事实我们可以看出，整个地球是一个精确而复杂的联系在一起的
6、系统，那么我们研究整个系统的意义就提出了这样的问题：究竟是地球这样的环境诞生了人类（生物）？还是人类（生物）必须诞生于地球这样的环境？或者换一种说法：到底是人类拯救地球？还是地球拯救人类？,第一章、碰撞,诞生彗星一颗孪生星球流星陨石海洋撞击恐龙的灭绝,1994年7月16日，苏梅克列维彗星与木星相撞。,地球就像一个被岩层包裹的金属球， 以每小时10.7万千米的速度在宇宙中飞驰。如我们想象的一样，这个旅程并不是空荡荡的，而是经常会遭遇一些碰撞。事实上，宇宙中的连环碰撞可以被认为是地球故事的最核心部分，自地球诞生以来，来自外围的碰撞一直是地球改变的推动力，使它成为适宜人类居住的星球，为我们提供生命的
7、要素甚至可以说提供了生命本身。,诞生,“星子理论”认为：随机碰撞是内行星行程的主要过程太阳星云表面笼罩着一层混乱的微尘粒，其中的尘粒粘合在一起形成块状物，块状物聚集在一起形成数米大小的岩块，岩块聚集在一起形成数千米大小的微行星，这一过程持续下去，就逐渐增大到几百千米到几千千米的星体。星体会碰撞周围的较小的微臣/岩块/微行星，并将它们吞噬，这就是行星的形成过程。,根据目前的研究结果，内太阳系的岩石行星水星、金星、地球和火星 ，都是以这种大鱼吃小鱼的方式行成的。在这个过程中，约有100个月球大小的星体，10个水星大小的星体和若干个火星大小的星体被吞噬。这个过程不断持续，直到将临近的区域清空。,木星
8、是一个具有318倍地球体积的巨大行星，它的引力吸引着非常庞大的小行星带，可以说同时守护着地球和这些小行星。,在木星的保护下，地球避开了绝大多数的到处飘荡的碎片，但是总有漏网之鱼，每个几千年，就有小行星从木星和土星的重力拉锯战的空隙中逃逸出来，这些逃逸行星新的轨道会有一部分穿过地球的轨道，更有一些会直接撞击到地球上。,木星所处的位置很接近雪线，这是太阳系一条隐形的分界线，它把内太阳系中由尘埃、岩石、金属构成的星体和外太阳系中含有大量水汽、冰层的星体隔离开。在雪线以外，水主要以雪的形式存在，比如木星和土星。在更外层的太空，天王星和海王星以及被降级为小行星的冥王星，都存在在这个冰封的世界里。而还有一
9、种星体，它们是行星诞生之初留下来的碎石，主要由雪、冰冻物质、尘埃组成。这就是我们的星球面临的另一项威胁游荡在太空的彗星。,彗星,彗星一般是由冰冻碎屑组成的球形，当这些雪球沿轨道绕太阳飞行时，特别是靠近太阳时，太阳风会把它们表面大部分的气体蒸发掉，就产生了我们看到的雾化尾迹彗星独特而明亮的尾部。当彗星多次经过太阳，其冰冻表层被完全蒸发掉，就会只剩下一个岩石内核。比如刚才提到的苏梅克列维彗星。,1997年，加利福尼亚西瓦内达华山区，海尔-波普彗星照亮群山。,一颗孪生星球,在太阳系中，地球和几个临近行星都是一连串碰撞的幸存者这些碰撞使随机进行的，但最终结果也是独一无二的。每颗行星都有它独特的碰撞史，
10、也形成了它独特的化学构成元素和独特的运行轨道。,很久以前，地球有一个孪生兄弟，我们叫它忒伊亚，它的直径大约是地球的一半。两颗行星沿着统一轨道围绕太阳公转了数百万年，然后不可避免的发生了碰撞。,在距今大约44亿年前的某个时刻，它们的轨道相交，碰撞对结果是忒伊亚被毁灭了，它的大部分碎片被地球所吞噬，余下的残骸和地球表面剥离的碎片混合在一起，形成了云状物，这些云状物逐渐凝结，现在，我们叫它月球。,忒伊亚的大量碎片使地球迅速膨胀，大约比之前的地球增大了20%的体积。这时的地球的重力就足以吸引厚厚的大气层，这也是地球出现生命的必要条件之一。最初的月球离地球比现在更近，它的引力和太阳的引力相配合，使地球的
11、自转倾斜角，也就是我们现在说的黄道夹角，稳定在较小的范围内，这是现在我们地球四季形成的原因。月亮就是地球的温度调节器。另一方面，月球引发的潮汐力当时月球离地球非常近非常巨大，甚至月球的引力导致刚刚冷凝的地球表面撕裂开来，来自地底的热量通过熔岩和蒸汽的方式喷涌出来这就是最原始的温泉。而温泉，可能就是生命的发源地。,月球上布满了大大小小的坑状痕迹，这些痕迹都是作为宇宙空间内碰撞和小行星爆炸的快照保存下来，特别是在月球这样没有大气和水的存在的情况下，这些痕迹能维持数十亿年。,其实地球上，也经历过类似的碰撞和爆炸,流星,我们的星球成为宇宙射击陈列馆一点都不过分。流星的出现，是由彗星抛出破裂的小行星碎片
12、和尘埃进入地球大气层，并和大气层剧烈摩擦，形成了滚烫的火球。,2011年，澳大利亚埃尔斯山北部拍摄的流星雨,虽然有这么多的流星降落到我们的地球上，即使它们没有在大气层中燃烧完全，变成陨石掉落到地面上，也不会对地球本身造成危害。而且到目前为止，还没有一起人类因从天而降的陨石丧生的记录。相反，陨石作为来自太空的信使，给我们带来了远比我们想象的多得多的东西。,1908年6月30日，当地时间上午7点17分左右，西伯利亚中部发生了一次巨大的爆炸事件。目击者称大约有一半满月大小的一个火球点亮了破晓的天空。有数十名人员被撞伤、擦伤、烧伤甚至耳洞被震聋，大量当地牧民蓄养的驯鹿被烧成了焦炭。,后来幸存者拍摄的通
13、古斯大爆照现场照片,陨石,1911年，达尼尔莫洛巴林杰在亚利桑那州东部的沙漠灌丛中发现了一个大洞，他认为那里蕴含着巨大的商机。他在接下来的26年里花掉巨大财富在这里进行考察和钻探，但一直没有结果。直到他去世之后，科学家才在那里找到了他错过的那块天外金属的下落由于碰撞，它被蒸发掉了。,巴林杰身无分文的离开人世，他得到的遗产是这个陨石坑本身以他的名字命名，这是世界上首次公认的陨石坑。,目前约有171处被认证的陨石坑,海洋撞击,鉴于地球表面有四分之三的面积被海洋所覆盖，按说应该存在有更多的陨石坑才对。然而在海洋里发现的陨石坑仅有10%。原因在于：地球上的洋底形成比较晚，大约形成于2亿年以内，而这个时
14、间在地质年龄上只是很短的。海底的陨石坑很快会被沉积物所覆盖。海底陨石的另一个特点就是会形成巨大的海啸。,恐龙的灭绝,一颗直径10千米左右小行星向墨西哥方向飞去，撞到大气层边缘，开始剧烈燃烧。当它撞击到地球表面时，巨大的动能使空气急剧压缩，温度上升到6000。震中的震波几乎以光速向外扩散，地面上的一切被推平，然后推动巨大的海啸继续扩散。爆炸掘开了一个直径为100千米的大洞，把一千立方千米的岩石、泥土吹了出来，鉴于当时大气氧气含量较高，整个地球都在燃烧。一连数月，进入大气层平流层的烟尘和碎片遮住阳光，食物链从植物开始断裂，导致大量生物死亡。几个月后，约6000亿吨的硫酸以酸雨的形式降了下来，地表水
15、遭受严重污染。,接另一个问题,陨石撞击对生态圈造成的打击是毁灭性的，整个生态系统完全崩溃，至少65%的生物灭绝。但与此同时，生活在潜水的无脊椎生物和生活在深海的生物幸存了下来，在陆地上，蕨类植物能在野火中生存，因而植被也很快修复过来。恐龙是2.51亿年前这次碰撞的最直接牺牲品，但也可以说人类哺乳纲的祖先就是最直接的受益者，开始登上历史舞台。,从另一个角度看，在恐龙灭绝之前，至少有过4次生物大灭绝，然而并没有直接证据证明都和陨石撞击有关。事实上，考虑到撞击的频率和生态自我调整能力，似乎撞击确实不是主要原因。另一种现象显示了与生物大灭绝之间近乎完美的联系，它同样能造成全球性的破坏，这就是来自地球深处的力量推动地球运转的热气机！,谢谢！,
