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。