地球是目前人類所知道的唯一有生命存在的星球,也是目前人類生存的唯一家園她廣袤豐沃的胸膛,哺育了千千萬萬的生靈;她巍峨挺拔的肩膀,承載著亙古綿長的歷史重託。人類在自身不斷發展和演化的過程中對其所生存的星球從來就沒停止過探索。她的誕生就是一個神秘莫測的謎團,她的存在就是一個撼人心魄的美麗傳奇。在浩渺的宇宙中,為何只有小小地球能適合人類居住?地球到底是如何形成的?早在遠古時代,人類就對地球充滿了好奇。那時的人們認為大自然裡存在的一切都是由上天創造的,一切都是與生俱來的。西方的上帝創世說」曾經在相當長一段時間內佔據統治地位,人們都相信有一個超乎人力之上的上帝創造了一切。
然而,隨著人們認識水平的提高和科學技術的發展,人們已經遠遠不相信「上帝創世說」那樣的答案了。在關於地球起源的各種理論中,較早就產生且比較普遍被人接受的是星雲說。科學家們認為在距今約50億年前,太陽系星雲收縮,形成了以太陽為中心的太陽系。約4億年後,地球開始形成。大概在46億年前,發展成現在的大小和形狀,其後可能再過了15億年,地球上的環境才適宜早期的生物生存。另外,法國生物學家布豐在18世紀就創造了「彗星碰撞說」。他認為彗星落到太陽上,把太陽打下一塊碎片,碎片冷卻以後形成了地球,即地球是由彗星碰撞太陽所形成的。
這一學說打破了神學的禁錮,曾一度引起人們的注意。此後,其他科學家繼承和發展了布豐的學說,將地球形成原因的研究又向前推進一步。然而,1920年,英國天文學家阿瑟·斯坦萊·愛丁頓卻指出,從太陽或其他恆星上分離下來的物質都很熱,以至於它們擴散到宇宙空間前還來不及冷卻就消散掉了。即使在某種未知的過程下凝聚成了行星,運行的軌道也不會像現在太陽系中的軌道那樣有規律。1936年,美國天文學家萊曼·斯皮特澤又證實了這一理論。1944年,德國科學家卡爾夫蘭垂·克·馮·韋茨薩克對以往的「星雲假說」進行了進一步發展,他認為是旋轉的星雲逐漸收縮形成了行星。
如果把星雲中的電磁作用考慮進去,就可以解釋角動量是以什麼形式由太陽轉移到行星上去的。隨著人們在該領域研究的不斷深入,目前科學家們提出的有關地球起源的學說已多達十餘種。除以上兩種外,主要還有以下一些學說:1.隕星說1755年,康德在《宇宙發展史概論》中提出了該學說,他認為太陽系最初是一團由塵與氣形成的冷雲,並不停地旋轉。今天的天文學家利用現代望遠鏡,看到遙遠星際間漂浮著暗黑的塵雲,這種雲看起來就像康德想像中的太陽系旋轉雲。2.雙星說此學說認為行星都是由除太陽之外的另一顆恆星產生的。假定太陽最先產生,還沒有行星。
後來太空中有另一個星球從太陽附近掠過,把一塊物質扯了出來。掠過的星球繼續飛行,而那些被扯出來的物質則凝聚成了太陽系的行星。3.行星平面說該學說認為所有的行星都在一個平面上繞太陽轉,原始的星雲盤產生了太陽系。隨著人們認識水平的提高和科技水平的進步,人類對地球的形成的認識將越來越深入和趨向統一。我們有理由相信、揭開地球起源之謎並不是一件遙遠的事情。探尋地球內部的奧秘一直以來,人們力圖探尋地球內部的奧秘。18世紀,人們計算出地球的平均密度後發現:地球內部的平均密度為5.52克/釐米3,而地球表面巖石的平均密度是2.67克/釐米3.兩者相差1倍多。這說明地球內部一定存在著重物質。
19世紀中期以後,人類開始大規模地探索地球內部的奧秘。地球物理學家通過地震儀測量發現,每當發生巨大地震時,受到強烈衝擊的地下巖石會產生彈性震動,並以波的形式向四周傳播。這種彈性波就是地震波,地震波分為縱波(P波)和橫波(S波)。縱波可以通過固體、液體和氣體傳播,且傳播速度較快;橫波只能通過固體傳播,傳播速度較慢。由此可知,隨著所通過物質的性質的變化,縱波和橫波的傳播速度也會發生變化。1909年10月8日,薩格勒布地區發生了一次強烈地震,南斯拉夫的地震學家莫霍洛維奇經過研究發現地震波在傳到地面下33千米處發生了折射現象,於是他認為這個發生折射的地帶正是地殼和地殼下面物質的分界面。
1914年,在一次地震中,美國地震學家古登堡又發現在地表下面2900千處,縱波的傳播突然急劇變慢,橫波則完全消失了,這說明存在著另一個不同物質的分界面。後來,人們為紀念他們將以上兩個不同的界面分別命名為「莫霍洛維奇不連續面」(莫霍面)和「古登堡不連續面」。地球內部以莫霍面和古登堡面為分界,分為地殼、地幔和地核三個圈層。地殼是地球的最外層,指從地面到莫霍面之間很薄的一層固體外殼。地殼主要由各種巖石組成,高低不平,平均厚度為17千米,大陸部分遠比海洋部分厚,平均厚度為33千米,高山、高原地區甚至厚達60~70千米,海洋地殼平均厚度僅有6千米。地幔位於地殼和地核之間,是從莫霍面以下到古登堡面以上的一層固體物質。
這一層的主要成分是鐵鎂的矽酸鹽類,其含量由上而下逐漸增加。這一層分為上地幔和下地幔,深度為從地下5~70千米以下到地下2900千米以上,從莫霍面到1000千米深處是上地幔,地下50~250千米是上地幔頂部,這裡存在一個軟流層,巖漿可能就是發源於此。地下1000~2900千米深處是下地幔,其溫度、壓力和密度都比上地幔大,物質狀態可能不再是固體,而是可塑性固體。地核是地球的中心部分,位於地球的最裡層。1936年,丹麥地質學家萊曼通過對地核中傳播的地震波速度的測量,發現地核又可分為外核和內核兩部分。外核在2900~5000千米深處,物質狀態接近液體。內核又叫「鐵鎳核心」,在5000千米以下深處,其溫度、壓力和密度更高了,物質成分近似於鐵鎳隕石。
美國科學家做了大量的模擬試驗後發現,地核溫度從內到外溫度逐漸降低,地球中心的溫度大約是6880℃;內外核相交面的溫度是6590℃,略低於地球中心;外核與地幔的相交面的溫度更低,是4780℃。除此之外,科學家還發現,地球內核的壓力極大,每6.5平方釐米為2200萬千克,是海平面的地球大氣壓的330萬倍。近年來,藉助大型計算機,研究人員從地面上300個監測站收集到了大量的地震觀察情報,並對之進行了綜合分析,描成一張總圖,結果發現,地核表面布滿「山頭」和凹凸不平的地帶,結構與海洋相似,充滿了低密度流體。人們總希望親眼看到地球內部的情形。
直到20世紀90年代,在中歐的一個小城溫迪施埃中巴赤,人們鑽探出了一個直徑22釐米、深14千米的世界上最深的洞。這個地區地理情況十分特殊,這裡的巖石有3千米厚,並向地表突出。歷史上古老的歐洲板塊和非洲板塊在這裡相互碰撞,彼此推擠和嚙合。正是由於這種地理情況的存在,地質學家們打算用管狀的、中空的特殊鑽孔器旋出巖心,把這些巖心提取上來,但這次努力最後還是以失敗而告終。經過多次的失敗,人們不得不暫時承認,肉眼不能直接看到地球內部的情景,只能通過火山噴發出來的物質來了解地球內部的化學組成和物理性質,或採用先前採用過的地震觀測等間接方法來觀測地球內部。我們相信,總有一天人類能夠揭開地球內部的奧秘。