地球-行星的力量

• 当彗星多次经过太阳，其冰冻表层被完全蒸发掉， 就会只剩下一个岩石内核。比如刚才提到的苏梅 克·列维彗星。
1997年，加利福尼亚西瓦内达华山区，海尔-波普彗星照亮群山。
一颗孪生星球
• 在太阳系中，地球和几个临近行星都是一连串碰撞的幸存 者——这些碰撞使随机进行的，但最终结果也是独一无二 的。每颗行星都有它独特的碰撞史，也形成了它独特的化 学构成元素和独特的运行轨道。
• 在雪线以外，水主要以雪的形式存在，比如木星 和土星。在更外层的太空，天王星和海王星以及 被降级为小行星的冥王星，都存在在这个冰封的 世界里。而还有一种星体，它们是行星诞生之初 留下来的碎石，主要由雪、冰冻物质、尘埃组成。 这就是我们的星球面临的另一项威胁——游荡在 太空的彗星。
彗星
• 彗星一般是由冰冻碎屑组成的球形，当这些雪球 沿轨道绕太阳飞行时，特别是靠近太阳时，太阳 风会把它们表面大部分的气体蒸发掉，就产生了 我们看到的雾化尾迹——彗星独特而明亮的尾部。
• 从上面这些事实我们可以看出，整个地球是一个 精确而复杂的联系在一起的系统，那么我们研究 整个系统的意义就提出了这样的问题：
• 究竟是地球这样的环境诞生了人类（生物）？还 是人类（生物）必须诞生于地球这样的环境？
• 或者换一种说法： • 到底是人类拯救地球？还是地球拯救人类？
第一章、碰撞
诞生 彗星 一颗孪生星球 流星 陨石 海洋撞击 恐龙的灭绝
诞生
• “星子理论”认为：随机碰撞是 内行星行程的主要过程—— 太阳星云表面笼罩着一层混 乱的微尘粒，其中的尘粒粘 合在一起形成块状物，块状 物聚集在一起形成数米大小 的岩块，岩块聚集在一起形 成数千米大小的微行星，这 一过程持续下去，就逐渐增 大到几百千米到几千千米的 星体。星体会碰撞周围的较 小的微臣/岩块/微行星，并将 它们吞噬，这就是行星的形 成过程。
• 从另一个角度看，在恐龙灭绝之前，至少有过4次 生物大灭绝，然而并没有直接证据证明都和陨石 撞击有关。
• 事实上，考虑到撞击的频率和生态自我调整能力， 似乎撞击确实不是主要原因。
• 另一种现象显示了与生物大灭绝之间近乎完美的 联系，它同样能造成全球性的破坏，这就是来自 地球深处的力量——推动地球运转的热气机！
• 相比之下，目前地球表面的平均温度为15℃。
• 但是我们排放温室气体的速度更快，以前发生的 情况可能会再次发生。
• 我们存活在这个地球上， 要有稳定的气候，这取决 于海洋、陆地、大气、冰 冻圈、生物圈之间联系的 隐形网络。它们表面相互 独立，却又以超出我们想 象的紧密联系配合运转， 通过物质和能量的不断交 换来维持气候稳定，使人 们能够生存。
• 海底的陨石坑很快会被沉积物所覆盖。 • 海底陨石的另一个特点就是会形成巨大的海啸。
恐龙的灭绝
• 一颗直径10千米左右小行星向墨西哥方向飞去，撞到大气 层边缘，开始剧烈燃烧。当它撞击到地球表面时，巨大的 动能使空气急剧压缩，温度上升到6000℃。
• 震中的震波几乎以光速向外扩散，地面上的一切被推平， 然后推动巨大的海啸继续扩散。
在木星的保护下，地球避开 了绝大多数的到处飘荡的碎 片，但是总有漏网之鱼，每 个几千年，就有小行星从木 星和土星的重力拉锯战的空 隙中逃逸出来，这些逃逸行 星新的轨道会有一部分穿过 地球的轨道，更有一些会直 接撞击到地球上。
• 木星所处的位置很接近雪线，这是太阳系一条隐 形的分界线，它把内太阳系中由尘埃、岩石、金 属构成的星体和外太阳系中含有大量水汽、冰层 的星体隔离开。
• 1994年7月16日，苏梅克·列维彗星与木星相撞。
• 地球就像一个被岩层包裹的金属球， 以每小时 10.7万千米的速度在宇宙中飞驰。如我们想象的 一样，这个旅程并不是空荡荡的，而是经常会遭 遇一些碰撞。
• 事实上，宇宙中的连环碰撞可以被认为是地球故 事的最核心部分，自地球诞生以来，来自外围的 碰撞一直是地球改变的推动力，使它成为适宜人 类居住的星球，为我们提供生命的要素——甚至 可以说提供了生命本身。
• 然而，随着全球变暖，热带地区温度上升必然会使非洲下 级降水增多。在未来数十年，撒哈拉内陆地区的降水有可 能会恢复到正常水平，进而促进植物生长，植物又会吸收 水汽，使空气变得潮湿，进而引起更多的降水。当植物牢 牢抓住松软的地面，就不会有撒哈拉风暴中的沙尘，而越 过大洋的雨林，就会遭到破坏。
问题
• 忒伊亚的大量碎片使地球迅速膨胀，大约比之前的地球增大了20%的体积。 这时的地球的重力就足以吸引厚厚的大气层，这也是地球出现生命的必要条 件之一。
• 最初的月球离地球比现在更近，它的引力和太阳的引力相配合，使地球的自 转倾斜角，也就是我们现在说的黄道夹角，稳定在较小的范围内，这是现在 我们地球四季形成的原因。月亮就是地球的温度调节器。
空气革命
• 18世纪60年代，苏格兰的詹姆斯·瓦特开始设计一 台大气发动机，他并不知道的是，自己的发明不 仅创造了一个全新的工业时代，也同时开启了一 个新的地质时代。
蒸汽机发明——煤铁的使用量爆发式增长——机加工产品的生产迅速扩大——运输方式的 发明和创新——人类活动和对环境的影响均呈全球化的趋势。
• 陨石撞击对生态圈造成的打击是毁灭性的，整个 生态系统完全崩溃，至少65%的生物灭绝。
• 但与此同时，生活在潜水的无脊椎生物和生活在 深海的生物幸存了下来，在陆地上，蕨类植物能 在野火中生存，因而植被也很快修复过来。
• 恐龙是2.51亿年前这次碰撞的最直接牺牲品，但 也可以说人类哺乳纲的祖先就是最直接的受益者， 开始登上历史舞台。
• 很久以前，地球有一个孪生兄弟，我们叫它忒伊 亚，它的直径大约是地球的一半。两颗行星沿着 统一轨道围绕太阳公转了数百万年，然后不可避 免的发生了碰撞。
在距今大约44亿年前的某 个时刻，它们的轨道相交， 碰撞对结果是忒伊亚被毁 灭了，它的大部分碎片被 地球所吞噬，余下的残骸 和地球表面剥离的碎片混 合在一起，形成了云状物， 这些云状物逐渐凝结，现 在，我们叫它——月球。
地球科普三部曲之行星的力量
2018.10
目录：
• 序言 • 第一章、碰撞 • 第二章、火山 • 第三章、大气 • 第四章、海洋 • 第五章、冰川 • 第六章、地球
序言
忽然，一颗闪闪发光、蓝白相间 的宝石从月亮后面浮现出来，这一缓 慢动作持续了很久，场面十分壮观。 这个明亮的球体呈现出柔和的天蓝色， 上面还点缀着缓缓飘动的旋涡状的白 色轻纱。它缓缓升起，宛若一颗小小 的珍珠镶嵌在一大片深邃而神秘的黑 色背景中。过了许久，我才完全意识 到这是我们的家园——地球。
• 另一方面，月球引发的潮汐力——当时月球离地球非常近——非常巨大，甚 至月球的引力导致刚刚冷凝的地球表面撕裂开来，来自地底的热量通过熔岩 和蒸汽的方式喷涌出来——这就是最原始的温泉。而温泉，可能就是生命的 发源地。
• 月球上布满了大大小小的坑状痕迹，这些痕迹都是作为宇 宙空间内碰撞和小行星爆炸的快照保存下来，特别是在月 球这样没有大气和水的存在的情况下，这些痕迹能维持数 十亿年。
• 爆炸掘开了一个直径为100千米的大洞，把一千立方千米 的岩石、泥土吹了出来，鉴于当时大气氧气含量较高，整 个地球都在燃烧。
• 一连数月，进入大气层平流层的烟尘和碎片遮住阳光，食 物链从植物开始断裂，导致大量生物死亡。几个月后，约 6000亿吨的硫酸以酸雨的形式降了下来，地表水遭受严重 污染。
接另一个问题
巴林杰身无分文的离开人世，他得到的遗产是这个陨石坑本身以他的名字命名，这是世界 上首次公认的陨石坑。
目前约有171处被认 证的陨石坑
海洋撞击
• 鉴于地球表面有四分之三的面积被海洋所覆盖， 按说应该存在有更多的陨石坑才对。然而在海洋 里发现的陨石坑仅有10%。原因在于：
• 地球上的洋底形成比较晚，大约形成于2亿年以内， 而这个时间在地质年龄上只是很短的。
自上个冰河时期以来， 西伯利亚的甲烷一直 封存在约1000米的永 久冻土层中，只在每 年夏天大概最上层的 半米融化，极少数甲 烷逃逸出来。
• 据估计，全球甲烷总储量的25%左右蕴含在西伯 利亚的永久冻土层中。目前，随着湖泊的融化， 越拉越多的甲烷正以越来越快的速度外泄。
•
•
北极是温度上升最快的地区
• 许多科学家把18世纪末当成一个关键的地质学时 期，人类在自然力的支配下生活的几千年，终于 进入了新的地质时代：灵生纪——人类主宰的时 代。
18世纪80年代以来，南极洲和格陵兰岛冰封的荒原上就覆盖着层层积雪，它们记录着温室 气体开始增加的过程——虽然缓慢，但显而易见。
肺脏与流沙
• 亚马逊雨林为地球上约三分之一的生物提供了家园，各种 动植物都在这里找到了它们的栖息地。通常雨林被称为 “地球的肺脏”，可事实是：它们能释放多少氧气，就能消 耗多少氧气——它们在提供氧气和消耗二氧化碳上是中立 的，而且这个平衡可能十分脆弱。
谢谢！
美国宇航员埃德加·米切尔
引子
• 切尔斯基是俄罗斯东北部的一个小镇，寒冷而偏 僻，是地球上最荒凉的地区之一，这里有一望无 际的冻土带。血湖谓语切尔斯基市郊，冬天，湖 面会完全冻结，整个湖面覆盖着大约一米厚的不 透明灰白色冰层。
• 我们可以看到封在冰层下面的气穴， 以及从湖水深处不断往上冒的气泡。
实际上，整个地区几乎所 有的湖泊都会排放出：无 色、无味、极易燃烧的气 体——甲烷
• 1908年6月30日，当地时间上午7点17分左右，西 伯利亚中部发生了一次巨大的爆炸事件。目击者 称大约有一半满月大小的一个火球点亮了破晓的 天空。有数十名人员被撞伤、擦伤、烧伤甚至耳 洞被震聋，大量当地牧民蓄养的驯鹿被烧成了焦 炭。
后来幸存者拍摄的通古斯大爆照现场照片
陨石
• 1911年，达尼尔·莫洛·巴林杰在亚利桑那州东部 的沙漠灌丛中发现了一个大洞，他认为那里蕴含 着巨大的商机。他在接下来的26年里花掉巨大财 富在这里进行考察和钻探，但一直没有结果。直 到他去世之后，科学家才在那里找到了他错过的 那块天外金属的下落——由于碰撞，它被蒸发掉 了。
• 根据目前的研究结果，内太阳系的岩石行星——水星、金 星、地球和火星 ，都是以这种大鱼吃小鱼的方式行成的。 在这个过程中，约有100个月球大小的星体，10个水星大 小的星体和若干个火星大小的星体被吞噬。这个过程不断 持续，直到将临近的区域清空。
• 木星是一个具有318倍地球体积的巨大行星，它 的引力吸引着非常庞大的小行星带，可以说同时 守护着地球和这些小行星。
• 当人类排放的二氧化碳更高时，雨林就会更加的枝繁叶茂； 同时，当森林被人类活动焚毁，储存在树木中的二氧化碳 就会重新释放到大气中，这时候森林中的微生物会更加的 繁盛。根据数据预测，有可能在几十年间，亚马逊雨林会 从二氧化碳的主要消费者变成主要生产者。
• 远在非洲的撒哈拉沙漠，当劲风从撒哈拉刮过，再像洪水 一样涌向陆地，甚至能抵达遥远的英格兰，尽管它最强劲 的势头会在大西洋上空消散，但它所携带的上百万吨泥土， 会在大气层中滞留，最终像下雨一样降落在亚马逊流域。 正是因为矿物质粉末不断的运送到这里，这种跨越大洋的 营养供给使雨林茂密繁盛。
其实地球上，也经历过类似的馆一点都不过分。 • 流星的出现，是由彗星抛出破裂的小行星碎片和尘埃进入
地球大气层，并和大气层剧烈摩擦，形成了滚烫的火球。
2011年，澳大利亚埃尔斯山北部拍摄的流星雨
• 虽然有这么多的流星降落到我 们的地球上，即使它们没有在 大气层中燃烧完全，变成陨石 掉落到地面上，也不会对地球 本身造成危害。而且到目前为 止，还没有一起人类因从天而 降的陨石丧生的记录。相反， 陨石作为来自太空的信使，给 我们带来了远比我们想象的多 得多的东西。