地球

地球(Earth)

地球表面

驚奇的行星

        地球是環繞在太陽橢圓軌道中九大行星之一。這九大行星加上太陽與月球和稱為太陽系。太陽系中的行星若按語太陽之間的距離來排列,由遠至近分別為水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。地球是獨一無二,太陽系中唯一有水及生命的行星。地球距太陽約有一億五千萬公里遠,光從太陽出發射到地面,需要八點三分鐘的時間。 地球環繞太陽公轉的速度是每小時一千六百公里,但我們卻懵然不覺;月球環繞著地球運行,距離地球三十八萬四千四百公里。

地球於何時形成

        直到目前為止科學家發現地球上最古老的岩石的年齡是四十五到四十六億年,即是在四十五到四十六億年以前,當時在太空中的太空塵非常濃厚,由於這些太空塵的運動堆積於是形成太陽系和太陽系諸行星,地球便是在這樣的情況下生成的。

        剛形成的地球和月球一樣,是由灰色的岩石所構成,不久內部的溫度越來越高,重量很重的鐵鎳等物質就下沉到中間,形成核心,地函和核心就是這樣分開的。而地函中較輕的部份則浮到地球表面形成地殼。

水陸球體

        地球是一個上下略扁,腰部稍微膨脹的橢圓形球體。通過赤道的長半徑為六三七八公里,通過南北極的短半徑為六三五六.五公里。

        地球的總表面積大約有五億一千萬平方公里。在那麼大的面積上大約有三億六千一百萬平方公里為海洋所覆蓋(約佔地球面積的百分之七十一),其餘的一億四千六百萬平方公里為地球的陸地所布滿(約佔地球面積的百分之二十九)。

        地球表面的高度和深度變化相當大。陸地的平均高度是875公尺,但是喜瑪拉雅山聖母峰(我國西南邊陲與印度、不丹、尼泊爾的界山)的高度達8848公尺;海洋的平均深度約3800公尺,但世界最深的民答那峨海溝達11516公尺。若將地球最高山峰放在此海溝上海溝深度還多出兩公里多。

地球的巨膜

        地球的大氣由氮氣、氧氣、二氧化碳、水蒸氣、臭氧等混合而成,存在於地表至一千公里之內的空中。距地面十公里之內的大氣層稱為對流層,大氣的對流作用非常旺盛,可以看到雲湧雨降的氣象現象,氣溫隨高度的上升而直線下降。對流層頂的溫度約為攝氏零下五十度。

        對流層之上至離地約五十公里之間稱為平流層。在這一層中氧氣因吸收強烈的太陽光線而變成臭氧,連帶地形成臭氧層,其厚度達二十至二十五公里。臭氧可幫我們過濾大部分的紫外光線。

        平流層鼎峙離地約八十公里處稱為中氣層。中氣層頂至離地約五百公里之間稱為熱氣層。熱氣層頂以上則為外氣層。由於熱氣層的氣體成游離化,所以能反射電波,對人類的無線電通訊貢獻很大。

什麼是臭氧層破洞?臭氧層破洞出現在南北極上空,南北極上空廣大的大氣層內的臭氧濃度越來越稀薄,使得有殺傷力的紫外線能穿越大氣層照到地面。破壞臭氧層的化學物質是氟氯碳化合物是我們每天使用他們的時候排放到空中的。例如許多噴霧罐內的液體、冰箱與空調設備都採用氟氯碳化合物,有好多國家已禁止使用氟氯碳化合物,借以保護臭氧層。

水圈

        地球上的水只有極少部份是淡水,絕大部分的水是鹹水。從太空看到的地球是寶藍色的,因為地表有百分之七十是海洋,地球的四大洋是北極洋、大西洋、印度洋、與太平洋。

生命於何時開始

        最近在格陵蘭島發現了可能是三十八億年前的生物碎片化石,這可算是最古老的生物痕跡。地球的形成是在四十六億年前,而根據前述微化石的發現,可知地球在形成七到十億年後即誕生了最初的生物,亦是生命的開始。

混沌初開

        宇宙起源於一場大爆炸,將宇宙由一個點炸開,釋放出存在的所有能量、物質及反物質。在大霹靂後第一個百萬年裡,物理學家溫博格(Steven Weinberg,1933-,一九七九年諾貝爾物理獎得主)估計,宇宙溫度以由最初的凱氏一千億度下降到三千度左右。在這個溫度下,單一電子及質子才能結合而產生宇宙中最簡單、也是最豐富的元素--氫氣。後來,氫氣在併發成超新星。所謂的超新星,氏在超過數十億年的時間中,宇宙氫氣密度發生變化而形成的巨大星雲。載重力的作用下,超新興的核心變得很熱,足以又發熱核反應,產生了我們今天所知道的宇宙所有較重元素。

        新產生的元素散布到太空中成為星塵及氣體,構成了星雲。在星雲中,又誕生了許多星球及他們的行星、衛星。星辰及氣體則會再度因重力作用而彼此吸引在一起、經過墜落及聚集,直到產生核反應。

        在第一個叫做地球的東西,於銀河外幣的太陽星雲形成之前的五十億年到一百五十億年間,宇宙早已發生了數十億計星球形成的合併事件了。

        那些日後註定要變成地球氣體雲團的物質,包括了氫、氦、碳、氮、氧、鐵、鋁、金、鈾、硫、磷及矽等元素。太陽系的其他星球也以相同的氣體及塵粒團塊開始成形。若在當時,這些氣體及塵粒沒有被位居星雲中心的雛型太陽所吸引,就會像沒有目標的碎屑,冷卻並漂浮在毫無生機的太空中。

        太陽的重力把逐漸堅硬的小物體拉進運行軌道中,並點火燃燒,成為長久持續的燃燒狀態。如此,太陽也把他的衛星永欲在連續發散的光、氣體及能量中。

原始地球

         約四十六億年前,有幾個條件使得地球處於適合生命開始發生的狀態。首先,他很接近能量來源--太陽。第二,在九個繞行太陽的主要行星中,地球還不至於太靠近太陽,以至於讓元素都汽化成氣體或是熔化成熔岩;同時他的距離也沒有遠到會讓氣體凝結成冰、氨及甲烷。此外,與太陽得距離也使得水在地球上成液態,氮在水星卻蒸發到太空中,而在木星上則都凝聚成冰。最後一個條件是:地球的大小適中,足以將大氣層留住,使元素可以流動循環,但也不會大到把大氣層都凝聚在一起,讓太陽光線無法透過。

        太陽燃燒初期,爆炸性的輻射風暴橫掃過剛成形的太陽系,攪動了地球及其他行星的早期大氣層結構。氫氣太輕,很難被地球重力保留下來,因為他們不是飛到太空中,便是和其他元素結合,產生形成生命所必須的重要組成。那些能留下來的氫氣,有些和碳結合成甲烷(CH4),有些和氧結合成水(H2O),另外有些和氮結合成氨(NH3),而有些則和硫結合成硫化氫(H2S)。這些氣體,在經重新排列組合成長鍊狀化合物後,便構成我們身體裡實際的基本組成。

煉獄大地

        早期地球形成時的猛烈大氣及高溫,使得地球在超古元(四十五億年前至三十九億年前)得最早歲月裡,沒有堅硬的地殼,也沒有海洋及湖泊,甚至可能連冬天的雪及冰都沒有。整個地球是一個熔融的熔岩火球。地殼放射性元素衰變所產生的熱,把整個地球都燃燒起來。地球的水以蒸氣噴泉方式自內部激射出來,由於溫度太熱,他們從未變成雨滴降到地面,只是成為為凝結的水蒸氣漂浮在大氣中。大氣層很厚,而且充斥著毒性極高的氰化物及甲醛。這時的大氣既沒有可供呼吸的氧氣,當然更沒有任何利用氧氣的有機生物產生。

        地球上沒有任何岩石可以逃過這個地獄般的原始渾沌狀態。超古元的時間是由隕石及阿波羅號太空人自月球帶回來的岩石所測定的。當較小的月球在四十六億年前開始冷卻時,地球仍處於熔融狀態。大約直到三十九億年以前,地球表面才冷卻到足以形成一層薄薄的地殼,布平穩地蓋在地下仍是熔融的地函上頭。此時的地殼常被底下的熔岩穿鑿,或是被隕石從空中撞擊成大大小小的坑洞。火山自裂縫噴發出來,噴灑出熔熔的矽化物。隕石從天而降,劇烈地撞擊地球,他們有些大得像山,而且比美蘇兩個超級強國的核子彈頭,更具爆炸威力。這些隕石帶來大量太空物質,在渾沌大地上撞出一個坑洞,拋射出巨大塵粒雲柱。烏黑的塵雲被猛烈的巨風吹掃出來,繞著地球打轉數個月,直到最後整個沈降到地表上。此時,驚人的塵雲摩擦作用,造成廣泛分佈的雷鳴及閃電風暴。

原始生命露臉

        然而,在三十九億年前,太古元時期開始了。他整整持續了十三億年。在這段期間可以看見生命由發生初始,慢慢擴展形成各式各樣柔軟的紫色和綠色的細菌軟墊,以及堅硬的細菌圓丘。而隨後的三十億年,巨量的岩石變成美洲、非洲及歐亞陸塊,以現今我們不熟悉的古老洲陸形狀漂浮在地球上。今天我們所認識的大陸分佈,則是在地球歷史最近十分之一的時間,才出現再現今的位置。

製造生命零件的實驗

        第一個做這種實驗的是美國米勒 ,他於一九五五年在實驗室裡創造與古代地球相同的大氣與海,以便觀察。

        米勒博士的實驗是在時實驗室裡裝置兩個圓形的燒杯,用兩隻管子將兩個燒杯連接起來,上面的燒杯內放瓦斯,下面的燒杯內放水,水就好像是古代的海,而瓦斯則是大氣。但是,因為現在的大氣與古代不同,我們現在所呼吸的大氣是包括氮78%,氧21%,氧或二氧化碳及其它元素1%,米勒博士為配合古代的大氣,所以放在燒杯內的是甲烷、氨、氫氣的混合物。

        下面的燒杯用加熱器加熱後,水蒸氣即會蒸發到管子裡,然後再用加熱器加熱管子,水蒸氣就會跑到上面的燒杯,在燒杯裡,水蒸氣經冷卻變成水,再從另一隻管子回到下面的燒杯內。在上面的燒杯內並且放有兩隻並排的金屬製的針,通電後,針與針之間會發生火花放電。

        米勒博士之所以將下面的燒杯加熱,是因為他認為古代的海經火山活動會變熱。因此,從上面燒杯內掉下的水就是指雨水。另外,他把火花放電當作雷。實驗結果發現在下面燒杯內的水,發生了很多生命的零件,而這些零件就是甲烷、氨、氫氣和水蒸氣連結在一起,經火花放電的作用所變成的複雜化合物。

參考文獻

  • 我們的星球,茱諾班德著,金恆鑣譯,時報出版。
  • 地球生命奇譚--一個自然科學家的觀查,路易湯馬斯原著,牛頓文庫出版。
  • 科學教授續編,高源益主編,故鄉出版社,民國七十三年初版。
  • 基礎科學,牛頓出版社,1984年初版。


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