二，众说纷纭话星纭假说——地球的诞生和演化

　 （一）太阳系的形成——新星云假说

　　夏夜晴空，星光闪烁，一条银白色光带自北而南横跨天穹，人们称它为“银河”或“天河”，它由大约2500亿个恒星密集起来的。它们和许许多多星云组成了“银河系”。在银河以外的星系有十万万多个，星系与星系又组成大小不一的“星系团”．现在已观测到2700多个“星系团”。太阳系是“星系团”的一个成员。它的质量是“银河系”总质量的1400亿分之一。人类居住的地球是太阳系的一个成员。在无边无际的宇宙中地球真是沧海一栗。

　　地球是怎样形成的？由于地球的长期演化，地球形成初期的痕迹现在已经看不到了。我们只能根据地学有限观测，运用已知的自然科学规律去进行探索和研究，去重建几十亿年前的地球初期及其形成过程。
　　因为地球是太阳系的成员之一，所以地球的起源和太阳系的起源基本上属同一问题。历史上有关地球起源的研究，总是在两个对立的观点的交锋中发展的。如形成过程是渐变还是激变，物质来源是高温气体还是低温固体，作用里完全是引力还是兼有电磁力等等。18世纪康德和拉普拉斯先后提出星云说，认为太阳系是由一个统一的原始星云渐变演化而成的，但它不能解释如角动量特殊分布的观测事实。进入19世纪，直到40年代，出现了激变论。认为地球等行星物质是由于其他恒星与太阳相碰，或其他恒星作用而从太阳中分裂出来的高温物质。但炙热物质容易扩散，怎么会聚成行星呢？从20世纪40年代起许多人从高温气体凝固的观点转入低温固体积聚的观点。认为地球和恒星物质来源于绕太阳转动的层尘云。为了解释太阳质量占太阳系质量的99％，而它的角动量却只占2％这一角动量分配不均的现象，人们又提出了“电磁说”，用电磁耦合机制来说明角动量的特殊分布。1962年法国天文学家沙兹曼提出太阳演化早期抛出带电粒子，他们在太阳磁场作用下运动，有效地转移了太阳的角动量，人们称它为“沙兹曼机制”。1972年英国天文学家霍伊尔从旧星云说出发，考虑到星际空间的磁场作用，提出了“新星云假说”，圆满的解答了太阳系中角动量分配不均的现象。
　　星云说是近代来比较为人们所接受的太阳系形成的假说。我国地球物理学家戴文赛先生（1911—1979）在《天体演化》一书中提出的新星云说对太阳系的起源，继承和发展了旧星云说，提出了不同于前人的见解。戴先生认为，行星形成过程要经过“原始星云→星云盘→尘层→星子→行星”这几个主要步骤：
　　1． 原始星云的形成
　原始星云是由一块星际云塌缩并瓦解而成的，当星云的膨胀能量（热能）小于收缩能量（引力势能）时会产生自吸塌缩（维里定理），塌缩到一定密度，因内部不稳定造成涡流，星际云变瓦解成上千个小云，其中之一便是太阳系的前生—原始星云。
　　2． 星云盘的形成
　　原始星云继续塌缩,半径减小，因角动量守恒，造成自转速度增大。在赤道面上便脱出一个旋转的圆盘，圆盘所受惯性力与中心部分对盘的引力平衡时，圆盘不再收缩，这便是星云盘，中心为原始太阳。
　　3． 尘层的形成
　　云盘中的尘埃（包括土物质和冰物质）和气体一起绕原始太阳转动，同时也作布朗运动，彼此碰撞而吸积成颗粒，并向赤道沉降称尘层。
　　4． 星子的形成
　　尘层物质密度很大，因局部扰动而导致引力不稳定，从而瓦解成许多物质团，这些物质团密度随时间指数式增加，当其值超过某一临界密度（罗奇密度），原始太阳对物质团的引力小于物质团自身引力，物质团便自吸塌缩成星子。开始这些星子转动轨道杂乱无章，频繁相碰撞，或结合成大星子，或碎裂成小星子。
　　5． 行星（胎）的形成
　　大星子引力强，更有效的吸积周围物质和小星子，而成为行星胎，在上述过程中，原始太阳不断收缩成太阳，行星胎轻的远离太阳聚集成类木行星，较重的靠近太阳聚集成类地行星。于是，地球随太阳系的形成而形成了。
　　（二）地球的演化
　　地球起源离不开整个太阳系的形成，地球演化则基本上是自身的改造过程。地球形成后，又各种各个样变化，其中影响特别深远的是整个地球划分成同心圈层。地核—地幔—地壳组成固体地球（如图 5.1），这是地球的内部圈层。在内部圈层之外，还有由大气圈，水圈及生物圈做成的外部圈层。这些圈层是怎么形成的呢？
　　　　　　　　　
　　从太阳星云化出来的原始地球，是一个均匀的球体，还是一个已经分层的球体。一般认为，原始地球是一个接近均质的球体，各种物质混杂一起，没有明显的分层现象。所谓分层是指地球内部流动的轻物质上升而形成外层，流动的重物质下降而形成内层。在分化过程中温度是不容忽视的外在条件．由于地球体积逐渐增大，地球的保热能力增强。这样，放射性元素在衰变中产生的热能，就在地球内部积累，导致温度升高。物质密度的差异，是圈层分化的内在条件。地球内较轻的硅酸物质，具有低密度高熔点性质。而较重的铁镍物质，具有高密度低熔点性质，当地球内温度足够高时，铁镍就熔化了，而硅酸物质仍为固态。这样地球上层的铁镍熔化就渗过硅酸物质，流向地球深处，甚至流到地球的中心。同时，地球的深处的硅酸物质浮到了地球上部，地球就分化成地核和地幔。那时的地球表层时熔化的，距今40-60亿年前，表层开始冷区分异，形成全球性原始地壳，及大陆地壳，在距今30～40亿年前，地球因质量大，引力强受到星子猛烈撞击，有些地区造成地幔熔化并发生玄武岩喷发，排出大量岩浆和气体，从而改变原始地壳的成分，形成原始大洋地壳，沧海桑田，今非昔比，现在已很难看出原始地壳的痕迹了，现在大陆地壳厚度约几十公里，由近似中性的岩石组成，其岩石年龄37～38亿年；海洋地壳厚度仅几公里，主要由玄武岩组成，岩石的年龄仅几亿年。
　　在地球形成中，星子碰撞地球后放出的水，后来火山岩浆活动产生的水，以及地球大气中凝聚的水流入海洋地坑（星子撞击坑），形成海洋。而大气的形成却有两种看法：原生大气说和次原生大气说。原生大气说认为，地球在形成过程中俘获星云中的气体或星子，彗星坠落到地球上带来的挥发物，形成原始大气，后演化成今日的大气。次生大气说认为，地球没有原始大气，即使有原始大气，在地球演化的某一阶段也已全部消失。现在的大气，全部来自火山岩浆气体，即来自固体地球排出的气体。

[案例27]（三）地区圈层的划分         　　　　　　返回
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　现在已知地球内部分为地壳，地幔和地核三个圈层结构，它是根据两个间断面划分的。这两个间断面均已发现他的两位地震学家来命名的。1909年10月8日和10日，南斯拉夫克罗地亚境内萨格布地区发生强烈地震，出生于奥地利的南斯拉夫地震学家莫霍洛维奇根据地震记录的研究发现，这次地震发生后，地震波传到50千米处时就有了折射现象，而且波速也发生了变化。这只有波从一种物质传入了另一种物质的界面时才会发生的现象。前密丛在这一个间断面。这就是地壳和地幔的分界面。他把这一发现通知了欧洲各地的地震观测台站经过个观测台站多次反复仔细观测，都证实了这一间断面的存 在。不仅在欧洲，而且在全球这一现象均普遍存在，只是深度不同而已。于是把这一间断面称为莫霍洛维奇间断面。一般情况下，这一间断面的深度不均，大洋较浅，约为5～15千米，大陆平均30～40千米。我国青藏高原及天山地区深度60～80千米这一发现引起了地震学家利用地震研究地球地球内部构造的极大兴趣和热情。1914年，美籍德国学者B.古登堡发现从莫霍面往下，地震波速继续增大，但是在2900千米以下，纵波的速度急剧下降，而横波突然中止消失。这表明2900千米处又是一个截然明显的分界面，称古登堡间断面，它是地幔与地核的分界面。

　　地壳是从地表到地壳平均35千米左右这部分，它最厚的地方可达60～70千米，最薄的地方只有8千米左右。地幔分为两层，从地表以下35～1000千米以上地幔；从地幔以下1000～2900千米为下地幔，主要由橄榄岩质岩石组成，温度和压力都比地壳高。上地幔表层岩石接近熔融状态，具有分外核和内核两部分。地表以下2900～4980千米为外核，呈流体状态。地表以下4980千米至地心为内核，呈固体状态，主要是铁和镍组成。
　　 地球外部圈层就是大气圈，水圈，生物圈。现在的大气圈包括地球的大气层，其主要成分是占78％的氮和占20.9％的氧，此外还有少量的氢，氦等气体以及水汽，二氧化碳，尘埃等。大气层也可分为几层，从地表向上10多千米叫对流层，这里空气对流频繁，形成风，云，与，雪，雷，雹等气象；在对流层上面到80千米处叫平流层，这里空气主要沿水平方向流动，是飞机高空飞行区域；在对流层与平流层之间为臭氧层，它是地球的保护伞，阻挡来自宇宙空间的宇宙射线及太阳的紫外线。从平流层向上直到1000千米叫电离层，它可以反射无线电波。

　　水圈包括地表水，地下水，大气中的水以及保存在生命体中的水分。地表面的71％被海水覆盖着，29％的陆地上也到处有江海湖泊，水孕育了生命，并逐渐进化而产生了各种生命体，直至出现了人类，形成了生物圈（有机界）。