你是不是會好奇地球究竟是如何來的?

2020-12-14 天文在線

地球的形成發生在約46億年以前。彼時,一團稠密的星雲在重力的作用下開始收縮,其中心變得極其熱且極其重。星雲的中心產生了太陽,而星雲邊界的物質則被太陽風推向太空。這些物質在重力的作用下收縮並結合在一起,形成了所謂的原始行星和衛星。上述的過程也適用於地球的形成,因為地球正是太陽的第三顆原始行星。

在我們的印象裡,現在的地球是顆宏偉壯麗的藍色球體,地面上色彩斑斕的樹木在風中沙沙作響,藍綠色的浪濤衝刷著海灘上潔白無瑕的砂礫,激起的泡沫碰撞後消散。湧動的海洋和蜿蜒的山脈呈現出綠色、白色、棕色等多種顏色,給予我們內心的平靜。隨後在人們的建造下,宏偉的穹頂、神聖的教堂、玻璃環繞的摩天大廈拔地而起,高聳入雲。人們駕駛著各種汽車、公交車和火車,沿著事先規劃好的路徑,前往目的地。站臺和街道上,滿是熙熙攘攘的嘈雜人群。這就是生命。

圖解:中央公園

事實上,地球成型伊始,是一顆灼熱的堅硬巖石且不存在生命的跡象,在將近五億年的時間裡,它持續被彗星和隕石猛烈撞擊著。與此同時,火山間歇性地噴發出融化的巖漿和可能存在的生命,後者即使存在,也會在太陽灼熱的射線中迅速消亡。回溯到更早以前,噴濺的顆粒和氣體在重力的作用下聚集到一起,形成了地球。

核心積聚設想

大約4.6億年以前,幼年太陽系像一鍋熱湯,其中灰塵和氣體在宇宙中無序地旋轉著。這些遊蕩的物質被認為是由超新星產生。當這團星雲收縮之時,遊蕩的物質越轉越快;對此,一個可以類比的例子是滑冰運動員,他把手自外向內收縮,同時越轉越快。類似地,初始的太陽系逐漸收縮並成為平坦的碟狀物體。

地球的形成發生在約46億年以前。彼時,一團稠密的星雲在重力的作用下開始收縮,其中心變得極其熱且極其重。星雲的中心產生了太陽,而星雲邊界的物質則被太陽風推向太空。這些物質在重力的作用下收縮並結合在一起,形成了所謂的原始行星和衛星。上述的過程也適用於地球的形成,因為地球正是太陽的第三顆原始行星。

圖解:蟹狀星雲-RT不穩定性(瑞利泰勒不穩定性)的一個例子是蟹狀星雲。蟹狀星雲位於金牛座星系中,由超新星殘餘物質和脈衝風星雲組成。

原始行星非常小且非常熱,以致於無法吸引星雲中大量存在的揮發性氣體:氫氣和氦氣。這也導致了類地行星(水星、金星、地球和火星)擁有金屬或矽酸鹽質地的地幔。這些星球上的大氣層要麼非常薄,要麼不存在。

另一方面,類木行星(木星、土星、天王星、海王星)離高溫區域足夠遠,因此它們的溫度較低,足以在表面積累氫氣和氦氣。這些行星主要由氫氣、氦氣、甲烷和氨組成,通常被稱為氣體巨星。

早期地球

據估計,由於引力壓縮,早期地球的壓力和溫度都非常高。與此同時,地球經常被流星撞擊,自身存在著不間斷的放射性衰變。這個時代被稱之為「冥古宙」(Hadean Age)。「Hadean」這個詞源自希臘語,意為地府或陰間。

早期的地球很大程度上是熔融狀態。類似水或油,密度更高的金屬液體沉入到地球的中心,形成主要由鐵元素組成的地核;那些密度較小的矽酸鹽液體覆蓋在地核表面,形成一層巖石地幔。

圖解:地核部分圖層 大地和天空,裂縫,地球物理學-圖片部分由NASA提供

流星和彗星的持續性撞擊,導致了地球上火山的形成。這一因素,和侵入性巖漿活動一起,使得地殼逐漸形成。火山排出的氣體,促進了地球上大氣層的形成,這層薄薄的大氣層具有保護性。

水蒸氣慢慢地冷凝,其含量由於冰彗星的貢獻而逐漸增加。水蒸氣在大氣中積聚,並降低了地球表面的溫度,進而使得海洋得以形成。火山也為大氣補充了二氧化碳和氮氣。

同樣在這個時代,大約7000至9000萬年前,地球的天然衛星月球,被認為是在地球和另一個原始行星忒伊亞的碰撞中形成的。這種假說稱為「大碰撞說」。更多關於月球形成和演變的信息可以在這裡找到。

太古宙

在冥古宙的末期,大約38億年前,太古宙(Archean Age)開始了。「Archean」這個詞源自希臘語,意為「開端」或「初始」。在這個時代,生命開始出現在地球上。地球更為冷卻,冷到足以產生和維持生命。

即使這樣,太古宙的生命形式並不如現今這般多種多樣。當時的大氣層仍然缺少臭氧層和足夠的氧氣。地幔約有1600 °C, 促進了地球上搖晃的地質活動。諸如板塊構造的過程發生地越來越快。隨著地球表面持續地改造形狀,大陸分裂並形成了幾塊大陸板塊。

圖解:MIR衛星-MIR,一個在1986年至2001年在低地球軌道運行的俄羅斯空間站

地殼運動有時候會形成超大陸。大約7.5億年前,最早的超大陸,羅迪尼亞超大陸開始破裂,並於6億年前重新組合形成潘諾西亞超大陸,並最後形成盤古大陸。

盤古大陸於1.8億年前破裂,破裂後的板塊經過飄移最後形成我們熟悉的結構。在這以後,巨大的恐龍出現又消失,哺乳動物蓬勃發展,智人逐漸進化,最後人類文明產生了。這一切僅僅源自塵埃。

地球的形成過程中,有一點非常誘人,即其所有的條件「恰好」足以支持生命的形成和發展。我們仍對地球是如何得到她這化學組成或者是什麼使她不同於其他任何星球能維持她這獨一無二的特徵知之甚少

液態水的出現被認為是生命發展和並保持優勢的一大裡程碑。地球的溫度不高不低,不至於熱到使水蒸發成水蒸氣,也不至於冷到使水固化結冰。有時候地球被稱之為「宜居帶行星」,是因為就像金髮女孩與三隻熊的寓言故事中的主人公的住處和嚴苛的條件一樣,所需恰到好處。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3.sciabc- Akash Peshin

哥倫比亞大學

國家學術出版社

夏威夷大學

科羅拉多大學波德分校

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