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地球有生死吗?它的归宿是什么?

翟明国 慧天地 2020-09-16

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我们生活在地球上,大家形象的把我们赖以生存的地球称之为地球村(Earth village),把我们自己称为地球人。作为地球人不了解地球村是不行的。于是,了解地球是个什么样的星球,它是怎么形成的,它是否还会变化,变老?它是否也有生命的终结呢?作为地球人,我们应该为地球村做什么?这些问题非常基础,也非常有科学内涵。


地球村这个词近几年来出现的频率越来越高,第一原因就是世界变小了,因为交通发达了,科技的迅速发展,缩小了地球的时空距离,所以大家就觉得是一个村子一样。地球给人类提供了空间和条件来生存,人类也必须依靠地球来生存。 

我们也可以概括地说,地球与人类有三大依存关系。 第一是地球给人类提供了生存的空间和环境,第二它给人类提供了必须的自然资源,称为三大资源,即矿产资源,能源资源和水资源,现在很多人还提到四大资源,把空气也算成是资源。第三是地球提供人类生存条件的同时也给人类带来自然灾害。 

例如我国近年来频频出现的地震,另如暴雨、冰冻、海啸、火山喷发等都属于自然灾害。自然灾害是地球生命中的自然现象,人们不能完全避免它,但可以更好地认识它,并尽量减少损失。也有些灾害是人类生活本身引发和加剧的。例如过载地用水和能源与矿产资源,生产活动和生活消费造成雾霾、水污染等。地球对于人来讲,是它既付出又被消耗,可是人们只有一个地球村, 这就引出了“人地关系”这个极为重要的科学命题。



当今的地球还会变化吗?当然。地球本身也是有生命的。地球的生命的表现就是它是运动的。一旦地球的运动停止,地球就死亡了。图1是地球的圈层结构图。我们简单地把地球结构和状态概括为“天圆地圆”。“天圆地圆”是描述地球是有圈层的。从内到外依次是地核、地幔和地壳(图1),我们可以想象成一个鸡蛋或者荔枝。地球的表面圈层还有水圈(海洋圈)、大气圈以及生物圈层。因地球自转速度变化而引发各圈层间的相互作用,更重要的是圈层间的能量与物质也同时发生交换。


地球的圈层


最普遍发生于地表的地质现象就是火山喷发。火山喷发是指在一定的地质构造环境中,地幔中由于能量的集中,炽热的岩浆沿着特定的通道(地质构造)上升到地壳,然后喷出地表,最后冷凝固结形成火山岩。“运动的地球”首先指地球内部是有能量的,岩浆作用是在地质演化过程中相当精彩的地质运动。

岩浆与火山运动示意图


此外,地壳也不是铁板一块,它们除了地理概念的大洋和大陆之外,还分成很多块,我们称为板块,这些板块之间是由达到地幔深度的断层分割,它们之间还有横向的运动,例如相互碰撞。这些运动在地表造成了地震等各种地质灾害。同时水圈和大气圈的参与,形成了包括气候灾害在内的各种自然灾害,例如滑坡、泥石流、洪水等地质灾害,构成了复合型自然灾害。


南美洲通古拉瓦火山喷发

在不同板块的边缘,地壳和地幔的相互作用使得山变成海,海变成山,即造成了沧海变桑田、桑田变沧海的巨大变迁。例如 8000米以上的珠穆朗玛峰顶,就有海相的石灰岩和水生动物化石,说明原来的海底现在抬升至山顶。 


地球的脊梁,喜马拉雅山(来源NASA空间照片)


中国人自古就认识到海陆变迁,有麻姑献寿、共工怒触不周山等神话传说。麻姑作为一个接待官,“自说云,接待以来,已见东海三为桑田”,摘自葛洪《神仙传· 麻姑》。

麻姑献寿


“天圆地圆”和运动的地球,很简单明了的表现了地球的基本结构和运动的本能。运动是地球有生命的象征,内部能量是地球运动的根源。有些人希望地球没有地震,没有地震说明地球停止了运动,停止运动说明地球没有了能量,那么,地球也就死亡了。2011年3月11日的日本地震就是太平洋板块与欧亚板块相互运动的结果。


日本地震与板块运动


此外,地球还有一个基本属性,就是极性。地球的两极是是南极和北极。我们大家都知道,拿个磁铁放在个纸上,上边放上磁铁矿的细粉末,随着磁铁的运动,磁铁块的粉末就变成有规律的一种排列,它们的轨迹指向两极,极性是地球磁场的方向。地球磁层是一个颇为复杂的问题,其中的物理机制有待于深入研究。磁层这一概念已从地球扩展到其它行星,甚至有人认为中子星和活动星系核也具有磁层特征。磁场的产生主要是地球圈层活动的结果,同时和太阳风以及宇宙的活动有关。


地球磁场


此外,地球的南极北极,也不是一成不变的。地球的极性,一般来讲是平均周期 25 万年变化一次,南极和北极可以发生倒转。地质学家研究的结果表明,在过去的 7600 万年中,地磁至少反转过 171 次。 


计算机模拟地球磁场在一段时间的正极性之间的逆转。线条代表磁场线,蓝色表示指向中心的方向,而黄色表示远离方向。地球的旋转轴是中心的和垂直的。密集的线团在地球的核心。


如果仔细分析地磁产生的原因,人们就会明白,磁极变换和电子运动方向的改变是密不可分的两个现象,而这个过程是个耗能的过程,周期逐渐变长显然是不奇怪的,总有一天这个过程会完全终止,而使地球成为一颗没有电磁活动的死行星。 


晚新生代地磁极性

黑色区表示极性与现在极性一致时期,白色区表示极性与今相反的时期。


有人问,地球的磁极的变化会不会让地球的人发生灾难?地球磁场发生改变的时间跨度很大,在地质历史中虽然短暂,对人的寿命而言是足够的长。地球磁极平均25万年改变一次,根据纬度的不同,极性变化的持续时间是 2000 年到 11000年。人是基本上感觉不出来的。

一种由岩石圈异常引起的地球磁场短波特征的模型

本文经公众号“中科院地质地球所”授权转载(选自2013年翟明国为首都科学讲堂撰写的《谈谈我们生活的地球》,版权归作者及刊载媒体所有



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编辑 / 印涌强  审核 / 游志龙 杨长龙

指导:万剑华教授(微信号wjh18266613129)

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