地球仍然還有很多方面需要更深入的探索

2020-12-05 冥維空間

地球是我們的家園,我們總認為了解它很容易,但實際上地球仍然還有很多方面需要更深入的探索,從大陸板塊構造到地中海何時消失...... 今天要探討的是6個關於我們星球的秘密。

第1個秘密:板塊運動開始的時間和方式

地幔之上的地殼分裂,成為了漂浮的板塊,它們會不斷移動相互擠壓以及堆疊,從而造成了地震、火山 和大陸行動等現象,了解板塊運動是了解地球的基礎,甚至可以說它是地質學的基石,但即使再過50多年,也沒人能確定它是在什麼時候以及如何開始的,部分原因在於早期地球留下的物證不多,而我們能做的只有對少量現存物證的解釋,所以面對相同樣本的兩個科學家,可能會得出兩個炯然不同的結論。

研究方法:使用像蛇綠巖這樣的礦物樣品,試圖確定這一周期的起始年代,蛇綠巖是保存在大陸地殼上的海洋地殼碎片,只有當板塊相互碰撞或移動時,它們才能夠形成,所以如果發現了某個年代的蛇綠巖,就證明板塊移動在什麼時候開始的,現已發現最古老的蛇綠巖有38億年歷史,這就表明板塊移動在那之前就已經開始了,但其它證據表明板塊運動似乎從地球誕生之日起就已經發生了,範圍從40億年前到10億年前,這個區間還是很寬泛的。

同時,還建立計算機模型來研究這一問題,比如2015年的一項研究,利用模型來研究地幔柱——「地球深處巨大的巖漿上湧體」,發現一或多個地幔柱,就會有足夠的力量破裂早期地球的地殼,進而開啟板塊運動的周期,因為這不僅有助於了解地球上的生命,還能了解整個宇宙,因為板塊構造不僅塑造了地球的外觀,它還通過增減三氧化碳,起到了保持大氣穩定的作用,這能有效避免地球陷入冰凍或沸騰的狀態,這些板塊運動可能是生命在其它行星上發展和繁衍所必需的。

無論板塊運動是如何開始的,板塊運動都在緩慢地重塑地球的表面,這就引出了第2個問題。

第2個秘密:盤古大陸

大約2.5億到3.5億年前,大陸擠在一起形成了一個巨大的陸地塊叫做「盤古大陸」(超級大陸),這種情況不是第一次發生,但也不會是最後一次,一般來說,就像板塊運動一樣,這種重複的超極大陸循環對地幔、大氣、海洋以及生命都有著極其深遠的影響,比如,泛大陸的解體可能引起了全球氣候變化,因為裂痕處會向大氣釋放二氧化碳,但解釋該周期的原因以及驅動它的因素是個難題,很多物證都在於如何解釋,而且很有可能每個超極大陸的形成原因都各不相同。

舉例說明:

科學家一直在尋找可能解釋之一被稱為「外向」,先從一個超極大陸開始,接著在這中間形成 了一個新的海洋並高爾夫周圍的板塊向外推開,最終海洋變得極大,板塊會繞著地球旋轉,最後隨意停在某個位置。

早在2008年一篇論文指出,雖然「外向」可以解釋部分超極大陸,但要解釋所有超極大陸的形成就有些困難了,包括上面提到的「盤古大陸」,這可能是與「外向」完全相反的原因引起的——「內向」,這種情況下新海洋的形成與板塊分離和「外向」模型相同,但接下來這個過程停止並發生逆轉,將其它板塊再次拉回到一起,就像一個巨大的排水溝。

研究方法:通過測定板塊碰撞所帶來的海洋沉積物的年齡,這能夠顯示它們是來自古老洋殼還是新生洋殼,而這又分別對應著「外向」和「內向」各自不同的特點。

第3個秘密:直布羅陀海峽閉合

大約600萬年前,由於直布羅陀海峽閉合,地中海的海水補給被切斷,而周邊河流的淡水供給又跟不上其本身的蒸發速度,因此,沒有了直布羅陀海峽的地中海開始乾涸,雖然它流失了多少水分現在還存在爭議,但知道它析出了多少鹽分,這對當地的氣候和生物都產生了巨大的影響。

但直布羅陀海峽為什麼會閉合呢?

僅憑巖石很難得出結論,因為很難確定巖層的年齡,經常被用來作為線索的化石也屈指可數,所以必須尋找其它方法來研究,例如觀察火山巖,2003年研究人員比較了該地區不同時期的火山巖,發現巖石中的元素比率發生了變化,據此判斷地幔發生了變化,研究人員提出在危機發生前後,一個板塊發生了移動,使得熾熱的地幔物質向上推升,將直布羅陀海峽周圍的陸地抬升出海洋,從而發生阻斷現象。

不過地中海又重新有了水源供給,危機最終流過了,不過危機的度過又是另一個謎,火山定期將巖漿帶到地表,重塑並創造新的陸地,多數情況下,這隻有在小範圍或短時間內才會產生影響,比如有時一次強烈的火山噴發可能摧毀一個小島,或者短時間內會影響全球氣候。

第4個秘密:洪流玄武巖

更大規模的火山噴發——「洪流玄武巖」偶爾會噴發,它們可以將數百平公裡覆蓋上數千米厚的巖漿,其中「特納普超級火山」、「德幹暗色巖」造成了大量物種滅絕,導致這些火山噴發的原因是一個被廣泛接受的地幔柱說,地幔柱就是來自地核附近的巨大上湧體,還有一個說法是「分層」,也就是部分巖石圈(地殼及上地幔)從它所附著的板塊上脫落,目前還不清楚這種情況發生的原因和過程,畢竟這是發生在數百萬年前的地球深處,但也有辦法揭開「洪流玄武巖」發生的原因。

研究方法:研究巖石包體的年齡和構成,即被包在火山巖中的巖石碎塊,首先尋找在地殼下地幔中形成的巖石包體,進而發現在「洪流玄武巖」後沉積下來的一層巖石,研究的基本思想就是,如果是分層導致的洪流,那巖石圈的缺失部分就是位於其內部或下方巖石包體的缺失部分,測定已發現的巖石包體的年齡,如果當年的確發生了分層那麼就不應該存在比該事件更古老的包體。

第5個秘密:地球自轉軸隨時間自然偏離和改變

在20世紀自轉軸每年會偏離10公分,部分原因在於上一次冰河時代的反彈效應,通過衛星繪製「極移」圖像,而了解這一現象對建立氣候模型十分關鍵,但偏移的速度並不穩定,事實上,有證據顯示存在著幾次大幅度偏離,大約在1.74至1.57億年前,東亞經歷了從雨季極端乾旱的劇烈變化,這對當地的動物來說,簡直是毀滅性打擊。

對這一變化的發生目前已經有了一些解釋,這與極移有關,並把現在的中國向南推進了2800千米,就像如今一些細微的偏移,那些大幅度的極移與地球質量的某種重新分配有關,比如撞擊或冰川融化,過剩質量會隨著地殼和地幔一起被拋向赤道,就像物理學描述的那樣,如果一個旋轉球體不平衡就會發生這樣的事情,但現在很難確定這些轉變發生的具體時間和地點。

研究方法:可以使用一種技術是「古地鐵」,當巖漿冷卻時根據它在地球磁場中的位置,會呈現不同的磁信號,如果發現一系列巖石的特徵發生了較大變化,就能表明它們所在的位置正在快速移動,但不巖石也可能不是完美的證據,因為碰撞和擠壓會改變它們的特徵,地殼漂浮在地幔上,從理論上講地幔保持不變的情況下,地殼也有可能發生移動,由於熱點火山是地幔造成的而不是地殼,就可以利用它來追蹤地殼移動的軌跡。

第6個秘密:地核溫度極高

這是一個已經被證實的事實,在金剛石壓腔高溫高壓實驗中,研究鐵的反應,在這一系列實驗中,少量樣品在兩個鑲有鑽石的推進器之間,被加熱並擠壓時會發生什麼現象,將鐵放在其中一個鐵砧裡,然後擠壓並加熱,直到它的密度和地核的密度一樣,當達到了這一密度值,測得鐵中心內邊界熔化溫度的溫度值達到5900攝氏度,這和太陽表面的溫度差不多。直到現在,地核的溫度值5900攝氏度這一數字再也沒有被大幅高速過,因為這是目前這止測得最準確的數值。

結語

地球是我們的家園,但這個家園的建造耗費了無數的力量和時間,其中許多是無形的、早已消失的或極度複雜的,通常是這三種結合,所以地球的樣貌不是天生的,它本身也是一個宏偉的科學謎團。

相關焦點

  • 地球上還有那麼多孩子餓肚子 為什麼我們還要探索宇宙?
    1970年,尚比亞的瑪麗·尤肯達修女給當時NASA太空航行中心的科學副總監恩斯特·史都林格博士寫信問道:「目前地球上還有這麼多小孩子吃不上飯,你怎麼還能捨得為遠在火星的項目花費數十億美元?」 史都林格很快給瑪麗·尤肯達修女回了信。
  • 為何國家還有很多問題卻還要探索宇宙?50年前的一封信給你答案
    探索宇宙真的是在浪費錢嗎?為什麼一個國家還有很多問題沒解決,卻還要繼續探索宇宙?其實所有領域的科研好像都伴隨著這種聲音,這是短視的、狹隘的,因為他們沒有意識到我們最大的問題需要長期的投資,而社會最偉大的進步是通過長期辛勤的工作、研究、發展而來的,而且往往是在投資完成後的幾年、幾十年甚至幾代才實現的。
  • 陳薇院士:對新冠病毒的認識在逐步深入 仍有未知需要探索
    陳薇說,我們對新冠病毒的科學認識尚在逐步深入過程中,還有很多未知需要去探索,同時要儘快補上此次疫情中暴露出的短板和不足,把後續工作過好。「和病毒賽跑,媽媽多了很多白髮」在此次抗擊新冠疫情中,這位女科學家再次來到沒有硝煙的「戰場」,不分晝夜投入基礎研究、疫苗、防護藥物研發的工作中。1月26日,陳薇受命率軍事醫學專家組緊急趕赴武漢。「疫情在哪裡,我們的實驗室就在哪裡。」
  • 為什麼金星更近,但是人類卻更愛探索火星呢?
    從地球飛往金星需要100天左右,而從地球飛往火星則需要180天左右的時間。實際上從距離上來看金星遠比火星更接近地球,但是火星確實人類探索最深入的行星,這是為什麼呢?說了這麼多,我們要明確的一點是,與太陽系的其他行星相比,火星與地球的地理環境和物理特性是最為接近的。這裡我們回到最初的問題,為什麼金星距離更近,但是人類卻更偏愛探索火星呢?
  • 大師談 | 深入巖石圈研究 探索地球內部運動
    火山和海嘯災害的預測,人類利用地球資源的一切活動都離不開對地球巖石圈的深入探究,那麼到底什麼是巖石圈?為什麼地球巖石圈的研究如此重要?地球是一個橢圓形球體,從地球表面向地心可以分為地殼、地幔和地核三部分,由於地殼和上地幔頂部都是由巖石組成,地球科學家把它們統稱為巖石圈。中國科學院院士滕吉文介紹,地球內部物質屬性和結構非常複雜,巖石圈研究主要是研究地球最上層這一圈的領域,巖石圈幾乎承載著人類賴以生存的全部能源和礦產資源的供給。
  • 這隻狗成功登上外太空,幾十年過去了,它仍然在地球軌道流浪
    脫離了街頭生活的萊卡和夥伴終於可以享受到工作人員的精心照顧,但與此同時也需要接受一些訓練,最終表現最為優秀的萊卡被選中,成為了第1次成功登上外太空的狗。如今從1957年被發射升空到現在已經過去了幾十年的時間,但是徠卡仍然在地球軌道上流浪。
  • 水下「空間站」-深入探索海洋
    水下「空間站」-深入探索海洋傳奇海洋探險家雅克·庫斯託(Jacques Cousteau)的孫子法比恩·庫斯託(Fabien Cousteau)想要在海底建造相當於國際空間站(ISS)的海底空間站。庫斯託稱海洋探索比太空探索重要1000倍,儘管人類僅探索了地球大約5%的海洋,而地圖只繪製了20%的空間,但太空探索比海洋探索獲得的資金要多得多,而海洋卻是維持人類生存的系統。
  • 我國蛟龍號深入水下3700米,眼前的景象,讓人感嘆:這還是地球?
    文/仗劍走天涯 我國蛟龍號深入水下3700米,眼前的景象,讓人感嘆:這還是地球? 眾所周知,地球是由70%的水和30%的陸地所組成的。人類所居住的地方不過區區的30%,那麼在地球的70%的海洋資源當中,究竟存在著怎樣的秘密呢?
  • 探索神奇的地球
    日月星辰,山川河流,都是能引起我們好奇的事物,而從外太空上俯瞰地球,你就會看到一個霧氣繚繞的藍色星球,這就是地球,它上面不僅有各種各樣的河流山川,還有動物、植物和人類,可以說是宇宙中非常神奇的存在,因為現階段人類所探索到的星球中只有地球上存在著生物。記得小時候看神話故事,故事說盤古開天闢地,他把自己身上的一切化作山川河流、草地花木,或許從那時起我就對地球有著無限的好奇。
  • 深入探索太陽系,近一點,再近一點
    深入了解我們的太陽系太陽系是一顆恆星,它是所有繞其運行的物體,行星、衛星、小行星、彗星和流星體。大多數恆星都擁有自己的行星,因此僅銀河系就有數百億個其他太陽系。太陽系也可以有不只一顆恆星。如果有兩顆恆星,就稱為雙星系統;如果有三顆或更多恆星,則稱為多星系統。
  • 每日科學探索:1萬年之後,地球會發生什麼?還有人類的存在嗎?
    大家好,我是每日科學探索,很高興與大家一起探索宇宙的奧秘。今天小編要帶大家了解的是:1萬年之後,地球會發生什麼?還有人類的存在嗎?地球已經誕生了45.7億年了,而我們人類也已經在地球上生存了幾百萬年了,工業革命之後,科技不斷的在發展,我們人類從古時期的只能夠維持自己吃飽穿暖,到如今過上如此幸福的生活,發展成為一個人類文明,也的確是一個奇蹟了。平常我們可能有時候會想,幾年後乃至幾十年後我們會有什麼樣的變化?環境又有什麼樣子的變化?那麼可能有人又在問了千年之後,萬年之後呢?
  • 深入了解才知曉星球之神奇,金星的科學探測工作需要繼承與發展
    ,不過同樣都是地球的鄰居,我們忽略了探索金星所帶來的科學價值。金星的科學研究價值不可低估過去幾年,各國太空探索機構一直在探索火星,火星確實是一顆很值得探索的星球,古代火星有河流的遺蹟,火星赤道白天的溫度還比較適宜,極地和隕石坑還有二氧化碳冰蓋,火星擁有與地球相似的地質結構,還有巖石下可能存在的生命等等。
  • 「超級地球」被發現了,相當於14個地球,比地球更舒適四個季節
    地球是太陽系中八個行星之一. 從太陽到最遠的距離排名第三. 它也是太陽系中直徑,質量和密度最大的類地行星,距太陽1.5億公裡. 經過多年的探索和研究,我們發現地球是人類賴以生存的唯一星球,也是最適合人類生存的星球. 在數十萬年的漫長歲月中,人類在地球上蒸蒸日上.
  • 劉慈欣:環境保護比太空探索更有意義麼?
    但是著名科幻作家劉慈欣卻認為,太空探索也應該擁有同等地位,太空探索的重要性和環境保護一樣重要,甚至更有意義。劉慈欣為什麼會這樣想呢?人類其實從來沒有真心把太空當作未來的家園上世紀70年代蘇聯就把人類送上太空,隨後不久美國就把阿姆斯特朗送上了月球。然而在之後的很多年,人類的太空探索計劃就幾乎停滯不前。
  • 地球是一個海洋的世界,太陽系還有比地球水資源更多的星球嗎?
    站在地球上,你可能感覺不到陸地和海洋面積的巨大差距,但如果站在太空中,你會看得非常清楚。 人類居住的陸地被海洋隔開,形成五個板塊。浩瀚的海洋讓地球看起來像一個水的世界,很多人把地球叫做水球。那麼地球宇宙中的水資源,也可以稱之為富水星球嗎?
  • 科學家發現,地球內部存在一個「黑暗生物圈」,生物數量非常多
    地球是一顆美麗的生命星球,自從人類走出地球看到浩瀚宇宙的時候,探索地外生命成為科學家重要的任務。通過大量的長達半個多世紀的探索,目前我們仍然沒有發現任何的地外生命,地球仍然是目前已知的唯一生命星球。海洋的面積佔表面面積的71%,由於科技的限制,我們現在能夠探索的區域也只有10%,雖然只有10%,但是我們卻知道海洋中的生物種類繁多,非常豐富,海洋生物遠比地表生物要神秘複雜。除了地表和海洋之外,地球上還有更豐富生命的地方嗎?
  • 探索火星,是為了我們的地球
    火星是太陽系八大行星之一,與地球的最近距離約為5500萬公裡,最遠為3億-4億公裡。依據長期的天文觀測和研究,科學家了解到,火星上大氣稀薄,年平均氣溫非常低,達到零下50攝氏度。儘管Space X創始人馬斯克極力宣傳「移民火星」,但是我們深知無論是跨越遙遠的距離,還是改造火星環境,都需要技術上的革命性突破,而這需要相當長時間。
  • 地球內部還有另一個「地球」存在?
    隨著人類科技的不斷發展,我們對地球,乃至宇宙的探索也愈來愈深入了,人類的眼界不斷被開闊、被刷新,而憑藉著想像力、好奇心和不斷的努力,突破了一個又一個難題。而作為地球「主宰」的我們,不禁會懷疑,難道世界上只有人類一種智慧文明嗎?
  • 大五人格測試,探索人格的秘密,更深入的剖析自我!丨卡特爾人格測試
    大五人格測試,探索人格的秘密,更深入的剖析自我!在希臘古城特爾斐的阿波羅神殿上刻有七句名言,其中流傳最廣,最有影響力的一句是:「人啊,認識你自己」。但是問題來了:我們該通過怎樣的方法來更深入的探索自我?
  • 地球上的「愛與和平」尚未實現,人類探索宇宙的意義何在?
    直到今天,世界上仍然有很多地區飽受戰亂、貧困與飢餓的折磨,所以實現世界和平成為很多人的心願。在此過程中,人們也發現,即便有很多尚未解決的問題存在,世界各國也沒有放棄探索宇宙的計劃,並且每年在相關方面消耗了大量資金。那麼,為什麼不把這些錢用來幫助貧困地區的人們擺脫痛苦呢?