地理学基本要素的起源

自然地理学基本要素的起源

作者：陈国蓝

（湛江一中高二（20）班学生）

一、总论

迄今为止，人类已创造了庞大的知识体系，当中一大板块就是地理学。

近代至今数百年来，地理学发展蓬勃，已深入到我们生活的方方面面。从头顶的云雨到脚底的岩石，地理学知识与我们息息相关。学好地理学，将能大大增进我们对世界的理解。

当然，地理学并非无所不包，它有自己的研究范围：我们生活其中的地球。它的组成有一些基本要素：地球的外部运动、地球的内部圈层、地球上水系统、大气系统，地壳、水和大气的运动变化，还有地球上生物及人类活动。当我们面临这些尺度的问题，就可以用完整的地理学体系来研究，就像分子对应化学、天体对应天文学。

这体现了我们知识体系中各个学科的整体性、连续性。整体上，各个学科为我们呈现了统一、壮阔的宇宙史；从微观粒子到神奇生命再到宏观天体层面，不同学科在不同尺度上为我们解释和描述万物的运转和变化。

我们这一代真该为拥有如此巨大的宝库而骄傲！同时，为正确认识世界，形成科学的世界观、先进的人生观，青少年们有必要对人类知识体系有整体把握，综合不同学科对世界万物有科学的整体认识。所以，不仅学习地理学很重要，梳理清地理学与其他学科的联系也是必要的。发现地理学如何作为重要一环嵌入知识体系，会令我们受益匪浅。

学科间整体性体现在两方面，一是外部的继承，另一方面是内部的渗透，前一方面体现得尤为深刻。一个学科的基本要素，往往是由前一个学科所诞生但又不能很好解释的范畴，比如：人类从生命界诞

生，但人类活动却要用社会科学、人类学和心理学去研究。地理学亦然。地理学的基本要素，亦必有其起源。这些基本要素如何起源，如何以一个层面过渡到另一层面，正是梳清地理学与其他学科整体继承关系的关键所在。这些就正是我讨论的主题。

二、主要问题：

①太阳系的诞生、地球的诞生、地球主体部分—内部圈层的形成

②地球上水的起源、海洋的形成。

③板块运动的动因、地热。

④大气的起源、大气成分的演变。

⑤生命的出现。

三、主体部分：

我们知道，今天的地球是一个有着金属内核、岩态外层，表面包被着水和大气的、生机勃勃的造物。神奇美丽的它，固然不是自古以来就有的，而通过放射性测年法，我们已知道地球在45.6亿年前就诞生了，那么在那时又发生了什么呢？

【太阳系的诞生】

地球是几乎同时与太阳系诞生的，因此有必要先了解太阳系是怎么来的。

在约50亿年前，宇宙中第二代或第三代恒星随着一次超新星爆炸而结束了生命，它的外壳随爆炸向宇宙空间扩散，形成了被称作“星云”的气体云。气体云来自于恒星外壳，故90%以上是H、He元素，它以氢气、氦气存在。另外10%是尘埃，它们的主要由恒星内部核聚变产生的重元素组成，如Fe、Cu，还有身上戴的金，当然也有从Se 到Ur等一系列放射性重元素。由于它们的熔点很高，故它们得以固体颗粒形式存在。

以上这片尘埃和气体的超大型混合物，就是构建我们太阳系的全部原料了。那么，将这一片稀稀拉拉的气体云打造成今天太阳系的工

匠是谁呢？原来，这大部分出自引力之手。

相互碰撞令气体云分子减速，由四面扩散远离变得逐渐相对静止。于是，引力准备开始大显身手了。引力作用的前提是：气体云内部密度不均匀性。气体云某些区域稀疏而另一些稠密，因此气体云中某处所受引力中来自某些区域的就会比另一些区域的大，于是该处的气体、尘埃就会向提供大引力的区域靠拢。总体上，这一过程会使气体云向某中心区域坍缩。由万有引力平方反比可知，这是加速过程。在这加速坍缩过程中，来自侧向的引力能使气体、尘埃的速度发生偏向中心靠拢，就像人造卫星，在外部转动而不会往下掉。

其余的大部分气体云继续直接往中心区域玬缩，升温增压最终引发热核聚变，这样我们的能量之源——巨大的太阳就在中心处诞生了。而那些在外层轨道绕日运行的气体，就是后来产生行星、矮行星、小行星和彗星等多种绕日公转天体的“大工厂”了。

【行星（地球）的诞生】

绕日转动的气体云中，有一部分是尘埃——即微上的固体颗粒，当这是小颗粒运行轨道靠得足够近时，会发生一种神奇的现象—“自凝聚”。这是一种静电作用，2003年宇航员在太空中用盐粒做实验时，发现了固体颗粒的这个特性。“自凝聚”作用使得微米、毫米级的无数固体颗粒聚合起来，越变越大，几厘米、几十厘米到几米，变成了许多“星子”——即小石块、小冰块、小金属块等。相近轨道内超过100亿颗星子会不断发生冲撞，尽管大多数时候双方会碰撞过激而粉身碎骨，但在漫长又无数次冲撞中总有某次能恰好使两块星子融合、粘连成更大的星子。反反复复、反反复复，终于形成足够大的：当它的半径超过400m时，它就有足够引力吸附周围小星子，又不致于毁了自己。随着体积增大，引力也增强，它清除轨道上“小东西”的能力也更强，于是它加速变大，成为“寡头”。数十个“寡头”相互碰撞，最终只剩下一个胜者——它就是行星！

在离太阳远近不同的该过程，产生了不同性质的行星。它们当然会绕日公转，此外，相似地，也都产生了自转。不同之处在于组分。内层离日较近、温度较高，固只有金属、硅酸盐、偏铝酸盐等保持固态，所以形成了水、金、地、火、四颗岩态行星；在外层，温度较低使氨、水、甚至氢气也能凝结，所以产生了木、土、天、海四颗密度较小的气冰态行星。这些伟大的造星过程中，发生在距日约1.5亿千米处的，就产生了我们可爱的地球。

【内部圈层的形成】

现在我们知道，地球的主体在45.6亿年前就形成了。在今天，它不是一个均匀的大岩球，而是有着巧妙的内部圈层：金属的地核、液固融合的地慢和固态轻质的地壳，为什么会这样呢？这个问题启发了科学家对早期地球状态的研究。

如果你把早期地球想象成光秃秃、冷冰冰的像月球那样，那你就错了！婴儿地球其实是个红热的液态球，表面温度甚至超过了1000℃！个中原因主要有两点：一、地球诞生同时太阳系中也产生了大量小行星、彗星、岩块等小天体。它们早期数量极多，在太阳系中，“乱窜”时被行星引力捕获，使得行星早期都经历了一次长达数亿年的“轰炸期”。高速小天体撞击地球，释放了巨大能量，融化了岩石。二、是地球内部放射性重元素发生核衰变，放出热能——这亦是地热的成因。

这些导致了地球早期处于热熔状态，各种金属和盐混合在一起。类似于沉积岩的形成，在重力作用下，重元素逐渐往中心沉，如Fe 和Ni，而大部分轻元素留在上层，如Si、O、AL它们以盐的形式有在。所以就形成了金属的内核和宕态的外层。随后上层的外部冷却后来，于是上层又分成了地幔和地壳。

值得注意的是，这时的地球还只有赤裸的身体，它的外衣——水、大气呢？这些对生命发展至关重要的圈层又是何时，如何形成的呢？先探讨水。