我们赖以生存的家-地球是如何形成的?
地球的形成发生在约46亿年以前。彼时,一团稠密的星云在重力的作用下开始收缩,其中心变得极其热且极其重。星云的中心产生了太阳,而星云边界的物质则被太阳风推向太空。这些物质在重力的作用下收缩并结合在一起,形成了所谓的原始行星和卫星。上述的过程也适用于地球的形成,因为地球正是太阳的第三颗原始行星。
在我们的印象里,现在的地球是颗宏伟壮丽的蓝色球体,地面上色彩斑斓的树木在风中沙沙作响,蓝绿色的浪涛冲刷着海滩上洁白无瑕的砂砾,激起的泡沫碰撞后消散。涌动的海洋和蜿蜒的山脉呈现出绿色、白色、棕色等多种颜色,给予我们内心的平静。随后在人们的建造下,宏伟的穹顶、神圣的教堂、玻璃环绕的摩天大厦拔地而起,高耸入云。人们驾驶着各种汽车、公交车和火车,沿着事先规划好的路径,前往目的地。站台和街道上,满是熙熙攘攘的嘈杂人群。这就是生命。
图解:中央公园
事实上,地球成型伊始,是一颗灼热的坚硬岩石且不存在生命的迹象,在将近五亿年的时间里,它持续被彗星和陨石猛烈撞击着。与此同时,火山间歇性地喷发出融化的岩浆和可能存在的生命,后者即使存在,也会在太阳灼热的射线中迅速消亡。回溯到更早以前,喷溅的颗粒和气体在重力的作用下聚集到一起,形成了地球。
核心积聚设想
大约4.6亿年以前,幼年太阳系像一锅热汤,其中灰尘和气体在宇宙中无序地旋转着。这些游荡的物质被认为是由超新星产生。当这团星云收缩之时,游荡的物质越转越快;对此,一个可以类比的例子是滑冰运动员,他把手自外向内收缩,同时越转越快。类似地,初始的太阳系逐渐收缩并成为平坦的碟状物体。
地球的形成发生在约46亿年以前。彼时,一团稠密的星云在重力的作用下开始收缩,其中心变得极其热且极其重。星云的中心产生了太阳,而星云边界的物质则被太阳风推向太空。这些物质在重力的作用下收缩并结合在一起,形成了所谓的原始行星和卫星。上述的过程也适用于地球的形成,因为地球正是太阳的第三颗原始行星。
图解:蟹状星云-RT不稳定性(瑞利泰勒不稳定性)的一个例子是蟹状星云。蟹状星云位于金牛座星系中,由超新星残余物质和脉冲风星云组成。
原始行星非常小且非常热,以致于无法吸引星云中大量存在的挥发性气体:氢气和氦气。这也导致了类地行星(水星、金星、地球和火星)拥有金属或硅酸盐质地的地幔。这些星球上的大气层要么非常薄,要么不存在。
另一方面,类木行星(木星、土星、天王星、海王星)离高温区域足够远,因此它们的温度较低,足以在表面积累氢气和氦气。这些行星主要由氢气、氦气、甲烷和氨组成,通常被称为气体巨星。
早期地球
据估计,由于引力压缩,早期地球的压力和温度都非常高。与此同时,地球经常被流星撞击,自身存在着不间断的放射性衰变。这个时代被称之为“冥古宙”(Hadean Age)。“Hadean”这个词源自希腊语,意为地府或阴间。
早期的地球很大程度上是熔融状态。类似水或油,密度更高的金属液体沉入到地球的中心,形成主要由铁元素组成的地核;那些密度较小的硅酸盐液体覆盖在地核表面,形成一层岩石地幔。
图解:地核部分图层 大地和天空,裂缝,地球物理学-图片部分由NASA提供
流星和彗星的持续性撞击,导致了地球上火山的形成。这一因素,和侵入性岩浆活动一起,使得地壳逐渐形成。火山排出的气体,促进了地球上大气层的形成,这层薄薄的大气层具有保护性。
水蒸气慢慢地冷凝,其含量由于冰彗星的贡献而逐渐增加。水蒸气在大气中积聚,并降低了地球表面的温度,进而使得海洋得以形成。火山也为大气补充了二氧化碳和氮气。
同样在这个时代,大约7000至9000万年前,地球的天然卫星月球,被认为是在地球和另一个原始行星忒伊亚的碰撞中形成的。这种假说称为“大碰撞说”。更多关于月球形成和演变的信息可以在这里找到。
太古宙
在冥古宙的末期,大约38亿年前,太古宙(Archean Age)开始了。“Archean”这个词源自希腊语,意为“开端”或“初始”。在这个时代,生命开始出现在地球上。地球更为冷却,冷到足以产生和维持生命。
即使这样,太古宙的生命形式并不如现今这般多种多样。当时的大气层仍然缺少臭氧层和足够的氧气。地幔约有1600 °C, 促进了地球上摇晃的地质活动。诸如板块构造的过程发生地越来越快。随着地球表面持续地改造形状,大陆分裂并形成了几块大陆板块。
图解:MIR卫星-MIR,一个在1986年至2001年在低地球轨道运行的俄罗斯空间站
地壳运动有时候会形成超大陆。大约7.5亿年前,最早的超大陆,罗迪尼亚超大陆开始破裂,并于6亿年前重新组合形成潘诺西亚超大陆,并最后形成盘古大陆。
盘古大陆于1.8亿年前破裂,破裂后的板块经过飘移最后形成我们熟悉的结构。在这以后,巨大的恐龙出现又消失,哺乳动物蓬勃发展,智人逐渐进化,最后人类文明产生了。这一切仅仅源自尘埃。
地球的形成过程中,有一点非常诱人,即其所有的条件“恰好”足以支持生命的形成和发展。我们仍对地球是如何得到她这化学组成或者是什么使她不同于其他任何星球能维持她这独一无二的特征知之甚少
液态水的出现被认为是生命发展和并保持优势的一大里程碑。地球的温度不高不低,不至于热到使水蒸发成水蒸气,也不至于冷到使水固化结冰。有时候地球被称之为“宜居带行星”,是因为就像金发女孩与三只熊的寓言故事中的主人公的住处和严苛的条件一样,所需恰到好处。
参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3. sciabc- Akash Peshin
哥伦比亚大学
国家学术出版社
夏威夷大学
科罗拉多大学波德分校
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2.天文学名词
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