導讀:地球上為什麼有陸地和海洋兩個不同的地方?
地球是太陽系中四顆巖石行星之一,其他三顆是火星,金星和水星。但在許多方面,地球都和它們不一樣一這不僅僅是因為它庇護著生命地球表面並不穩定,它通過緩慢但不可阻擋的板塊構造過程不斷自我調整。更不尋常的是,地球表面大約70%被水覆蓋阿瑟·克拉克曾說:「把這顆顯然是海洋星球的行星稱為地球是多麼不恰當啊。」為了理解地球不斷變化的水表面是如何形成的,我們需要回到地球誕生之初般認為,太陽系的時間零點是在45億6700萬年前。在那個時間點上,地球尚不存在;星子之間的劇烈碰撞正在使地球成形。到了45億5000萬年前,大約65%的地球已經凝聚在一起。這顆胚胎行星非常熱,是一個完全由熔巖組成的「巖漿世界」,但據推測,此時它已經開始冷卻,形成了巖石地殼然後又過了大約2000萬年,嬰兒地球在圍繞太陽運轉的軌道上逐漸凝固和穩定的進程被粗暴地打斷了。一個火星大小的天體斜著撞上了這顆年輕的行星,碰撞產生的碎片被拋入地球的軌道最終形成了月球,該行星的大氣中充滿了蒸發巖凝聚成熔巖雨落下來,以大約每天1米的速度沉積成一片熔巖海。
碰撞的能量也為再次熔化地球(也許直達地)提供了足夠的熱量,重新創造出巖漿之海抹去了這顆星球以前的地質記錄。然後,大約41億年前,仿佛是雪上加霜,「後期重轟炸期」開始了。也許是被氣巨星軌道的一次重新安排所觸發,來自小行星帶的隕石雨落在地球上,再次熔化了它的部分表面。這些災難連同後來的板塊構造和風化,使我們對地球最初的5億年幾乎沒什麼了解。由於當時的條件如地獄一般惡劣,這個時期被稱為「冥古宙在距今40億年前的冥古宙末期地球上出現了陸地、海洋、板塊構造或許還有生命。它與今天的地球不完全相像比如大氣就非常不同,但與因天體碰撞而形成的熔巖球有著天壤之別。它是如何形成的呢?今天的地殼幾乎完全由年齡不超過36億年的巖石組成,冥古宙時期的環境痕跡在地面上極為稀少。留存至今的真正古老的巖石(大約佔地殼的百萬分之一)大都被不斷熔化和壓縮,已經變得面目全非,幸虧還有錯石這種微小的彈性晶體使業已發生的事情有了一些眉目。
鋯石是地球上最古老的礦物,多見於澳大利亞西部的傑克山,它們由極為穩定的矽酸錯晶體組成,並含有高濃度的鈾,因此我們可以根據剩餘的放射性的強度計算出錯石的年齡。許多鋯石的年齡都超過了40億歲,這意味著它們是在冥古宙時期形成的結石不能告訴我們,遭到撞擊的地球再次冷卻時究竟發生了什麼,但其氧含量表明它們是在水中形成的,這說明地球上的海洋在40億年前就處於適當的位置。這引出了許多新問題,尤其是水來自哪裡,以及水為何沒有徑直蒸發掉。它還告訴我們,地球在冥古宙時期必定已經有了地殼,因為海洋需要依託於一個堅固的表面第一層地殼是玄武巖,這是一種目前仍在洋中脊形成的緻密的黑色火山巖。玄武巖構成了大部分海底,並聚集成巨大的體積,從海洋中浮現成為陸地一一冰島和夏威夷都是由從海底噴出的玄武巖聚集而成的。這個過程也發生在早期地球上,在第一個10億年左右的時間裡,地球表面由被火山島鏈打斷的海洋構成。
球上很早就有了海洋,但海洋究竟是如何形成的卻是一個謎。地球距離太陽很近,似乎不大可能保住從原行星的建築材料中得來的水。標準的解釋是,海洋來自彗星和小行星等冰體所承載的水,於後期重轟炸期降臨地球。但最近發往67P丘留莫夫一格拉西緬科彗星的羅塞塔號探測器對這種想法提出了一些質疑。這顆彗星上的水與地球上的水成分並不相同。事實證明,其他彗星和小行星上的水與地球上的水差異很大。地球上的水似乎是來自整個太陽系中不同來源的混合物,是在40多億年前一次賜予生命的撞擊中到達地球的。下次你燒開水時想想這一點。
最早的大陸也是在這個時候開始形成的。它們由另一種被稱為花崗巖的火山巖組成。這是種在俯衝帶形成的較輕的巖石,在那裡,大洋板塊相互滑動或者滑動到大陸板塊下方。花崗巖的密度比玄武巖小得多,所以會浮在更加緻密的巖石上。第一個真正的大陸地殼就是這樣形成的。形成於40億年前的一些大陸地殼碎片今天仍然存在花崗巖的存在告訴我們,此時構造板塊必定已在動來動去,儘管完全不像今天地球表面那種全面(但極其緩慢)的攪動。甚至有人提出,生命開始於冥古宙。最早的可信的化石來自34億3000萬年前,但41億歲的鋯石中的一些化學標記也許是生物體的遺蹟。如是這樣,它們如何在冥古宙倖存下來便成了個有待解決的新謎題。