一、神奇的地球

地球是怎樣誕生的

地球是目前人類所知道的唯一有生命存在的星球，也是目前人類生存的唯一家園。人類在自身不斷發展和演化的過程中對其所生存的星球從來就沒停止過探索。在浩渺的宇宙中，為何只有小小地球能適合人類居?。康厍虻降资侨绾涡纬傻?？人們一直在思索著這些問題。

早在遠古時代，人類就對地球充滿了好奇。那時的人們認為大自然里存在的一切都是由上天創造的，一切都是與生俱來的。西方的“上帝創世說”曾經在相當長一段時間內占據統治地位，人們都相信有一個超乎人力之上的上帝創造了一切。然而，隨著人們認識水平的提高和科學技術的發展，人們已經遠遠不滿足于“上帝創世說”那樣荒謬的答案了。

歷史在前進，人類探索的腳步也從來沒有停止過。在關于地球起源的各種理論中，比較普遍被人接受且較早就產生的是星云說?？茖W家們認為在距今約50億年前，宇宙大爆炸后，太陽系星云收縮，形成了以太陽為中心的太陽系。約4億年后，地球開始形成。

另外，法國生物學家布豐提出的“彗星碰撞說”曾一度引起人們的注意。布豐認為彗星落到太陽上，把太陽打下一塊碎片，碎片冷卻以后形成了地球，即地球是由彗星碰撞太陽所形成的。這一學說打破了神學的禁錮。

此后，其他科學家繼承和發展了布豐的學說，將地球形成原因的研究又向前推進了一步。

然而，1920年，英國天文學家阿瑟·斯坦萊·愛丁頓卻指出，從太陽或其他恒星上分離下來的物質都很熱，以至于它們擴散到宇宙空間前還來不及冷卻。美國天文學家萊曼·斯皮特澤在1936年證實了這一理論。

1944年，德國科學家卡爾·夫蘭垂·克·馮·韋茨薩克對以往的“星云假說”進行了進一步發展，他認為，是旋轉的星云逐漸收縮形成了行星。如果把星云中的電磁作用考慮進去可以解釋角動量是以什么形式由太陽轉移到行星上去的。

隨著人們在該領域研究的不斷深入，目前科學家們提出的有關地球起源的學說已多達10余種。除以上2種外，主要還有以下一些學說：

（1）隕星說。1755年，康德在《宇宙發展史概論》中提出了該學說。他認為，隕星的積聚形成了太陽和行星。

（2）雙星說。此學說認為行星都是由除太陽之外的另一顆恒星產生的。

（3）行星平面說。該學說認為所有的行星都在一個平面上繞太陽轉，原始的星云盤產生了太陽系。

（4）衛星說。該學說認為可能存在著數百個同月球一樣大的天體，如海王星、土星的衛星等，它們共同構成了太陽系。

隨著人們認識水平的提高和科技水平的進步，人類對地球的形成的認識將越來越深入和趨向統一。我們有理由相信，揭開地球形成之謎并不是一件遙遠的事情。

地球在空中不墜的奧秘

蘋果熟了，會掉到地上；樹葉枯了，也會掉到地上；就連被風揚起的塵埃，最終還是落向地面?？傻厍蛟谟钪嬷羞\行，為什么沒有墜落呢？在古代，人們無法解釋這個問題，就想象大地是一塊巨大的圓盤，由大象和鯨馱著。

后來，有人提出大地是一個球體的觀點，但很多人對此表示懷疑。15世紀時，有人畫了一張嘲笑主張大地是球體的人們的畫，名為《腳底相對的人》，還懷疑地說，如果地是球體的話，那么居住在地球另一面的人為什么沒有從地球上掉下來呢？

17世紀，開普勒提出行星沿橢圓形的軌道運行以后，就產生了一個問題：為什么行星不知疲倦地繞太陽做橢圓運動而沒有在太空墜落？有什么力量驅使嗎？

在前人研究的基礎上，萬有引力定律被英國物理學家、數學家牛頓提出來了：宇宙間的物體都有引力，它是物體本身所固有的性質，這就是引力的萬有性。行星之所以保持在各自的軌道上，是由于太陽的引力。這是一項重大發現。

依據萬有引力定律，地球上的萬事萬物都受到了地心引力的作用。因此，蘋果、樹葉、塵埃會落向地面。而我們通常所說的“向上”或“向下”也應該這樣來解釋：大地是球面，球的中心稱為地心，指向著地心的方向稱為“向下”, “反地心”的方向稱為“向上”。這樣一來，就不存在上下的問題，站在地表面各個不同地點，腳都指向地心引力的方向，頭都朝反地心引力的方向。

同樣，我們可以設想，地球之所以沒有墜落而是圍繞太陽運行，是受太陽引力的作用。但地球為什么沒有落到太陽上去呢？為了搞清這個問題，牛頓以月球為對象，進行了一番測算：月球與地球的距離大約是地球直徑的30倍。如果物體以每秒8千米的速度在靠近地球表面的地方繞轉，那么在距離60倍遠的地方，繞轉速度將減少到1/8。這樣在相當于月球的位置，繞轉速度從理論上是每秒約1千米。

經過計算，月球環繞地球運動的那個圓周半徑，相當于地球半徑的60倍，地球的圓周長約4萬千米。因此這個圓周的長度，也將是地球圓周的60倍，就是長約240萬千米。

實際觀察的結果是，月球環繞地球一周，約27.33天，一天等于86400秒，用它來除月球環繞地球運動的圓周半徑，就得出月球每天運行87820千米，可以很快知道，答案與牛頓所求出的月球繞轉速度相符，即運行速度每秒約1千米。

這個重要發現證明，一切天體所有的萬有引力，包括地球的引力是同一種力。因此月球運行時能保持平衡，高速運行產生的慣性和地球的引力使月球不會遠離地球，也不會靠近地球。同樣，地球和太陽間的距離大約是太陽半徑的215倍，地球的繞轉速度每秒約30千米，地球運動產生的慣性，使它沒有越來越靠近太陽，也就不至于落到太陽上；太陽對地球的引力使地球不能脫離太陽。

我們做一個簡單的實驗就能很容易說明這個道理，將一根繩子一端系上小石子，一端拿在手上，以手為中心讓石子在空中轉圈。慣性離心力的作用使它遠離手，緊拉著的繩子又不讓它飛去，這樣繩子就在固定的軌道上運動。同理，繞日而轉的行星和它們的衛星，在離心力和萬有引力的雙重作用下，就使它們按照各自的軌道穩定的運行。

地心非常熱嗎

如果我們可以像切水果一樣把地球一分為二，我們就可以看見地球的內部是分圈層的。地殼是地球的最外層，類似水果的外皮。地殼的厚度約為24～48千米，庭院里、公園里的地面是地殼的最外層。如果從地面的土壤開始向下挖，最終會碰到巖石圈。陸地上，地殼的主要成分是花崗巖。在像美國科羅拉多大峽谷這樣的地方，流水的沖刷已經把一部分地殼侵蝕掉，這里的花崗巖已經暴露在外了。而在海洋下面，地殼就薄了很多，從海底開始，地殼層向下延伸約4.8千米，主要成分是另一種巖石——玄武巖。

在地殼下面是深厚的地幔圈，它的厚度約為2880千米。目前科學家也并不十分了解藏在地下深處的地幔層，只知道地幔的最外層可能主要是由一種叫做橄欖巖的巖石組成的?？茖W家認為，地幔中至少有一部分是柔軟的，因為在靠近地心一側與地幔層相接的是液體熔巖。

最后，地幔下面是地球的中心，也就是地核。從地核最外層到地球最中心大約有3200千米的厚度。看起來，這里由于遠離太陽這個熱源，似乎應該比南、北極地區更加寒冷?？墒鞘聦崉偤孟喾?，地心附近溫度極高，約為2200℃～3300℃，如此高的溫度使地核的外層呈現液態，主要是熔融狀態的金屬。想象一個倉庫，里面裝滿了熔化了的平底煎鍋，這就與地心處的景象差不多了：混合了氧和硫的液態金屬四處流淌。隨著地球的自轉，這個地下海洋也形成了自己的洋流。

地核的密度非常大。因為星球的大部分重量都壓在地核上，所以這里的物質被緊緊地擠壓在一起。科學家們認為，巨大的壓力使地球的內核成為一個固態鐵核（也含有少量氧和硫）。即使溫度很高，但是巨大的壓強使所有的鐵分子都緊緊地壓在一起，宏觀上維持著固體的狀態。地球中央的固態金屬球大約是月球體積的3/4，被包裹在液態金屬的海洋中，成為星球中的星球。

地球深處的熱量是哪來的呢？大部分熱量是46億年前地球形成時產生的——體積較小的物體撞在一起形成地球就會放出熱量。但有些地質學家卻認為大部分熱量來自于地球深處的天然的放射能。

地球內部的放射性元素會釋放粒子，比如電子，這些粒子與巖石層中的原子碰撞，將部分能量傳遞給巖石中的原子，巖石的溫度就升高了。地球形成初期，這些放射性元素使地球內部的巖石變得非常熱，而巖石很容易保存熱量（可以想想夏天太陽下的石頭有多燙），所以這些熱量就被保留在地球內部了。幾百年之后，地球內部的高溫已經足以熔化巖石中的金屬物質。后來，重金屬又從較輕的金屬中分離出來，沉入地心，形成了地核。

地球生命來自何處

地球上有各種各樣的自然現象，其中最美麗、最動人的要數生命現象了：小到昆蟲，大到體形龐大的鯨；從最簡單的單細胞生物，到最復雜、進化程度最高的人類……無一不綻放著生命的艷麗之花。然而，生命是怎樣產生的呢？

幾千年來，人類一直渴望揭開這個秘密，并為此付出了努力，可直到今天，人們仍沒有找到這個問題的答案。生命之謎太神奇了。

科學家們進行了許多艱苦的探索和實驗，希望能科學地解釋生命的起源，并提出了各種各樣的假說和理論。其中“自然發生說”就是最古老的假說之一。

公元前4世紀，亞里士多德就認為從非生命的物質中，生命可以自然地產生出來。按照他的說法，蜜蜂、螢火蟲或蠕蟲這樣的生物可能是由黏液和早晨的露水或糞土的混合物形成的。一直到13世紀，人們還相信亞里士多德的這種觀點，認為從樹上能長出小羊來。更有趣的是，17世紀的比利時醫生范·赫爾蒙特還開了一個藥方子，說是照方子中的辦法就可以生出小老鼠來。方法很簡單，就是把破襯衣用人體汗水浸透，然后和小麥放在一起，塞進一個瓶子里，等到它們發酵以后，小老鼠就會從發酵的破襯衣和小麥中長出來。這個荒謬的方子自然是不會成功的。

1864年，法國化學家巴斯德進行了著名的“曲頸瓶”實驗：他把肉煮好撈起來扔掉，只留下煮沸的肉湯，再把肉湯倒入燒瓶里，然后把燒瓶的瓶頸弄成S形，以便通入新鮮空氣，同時阻止任何細菌或微生物隨空氣飄入瓶子里。實驗結果表明，即使在這樣S形的長頸瓶子里，連最簡單的生命——微生物都不會自然發生。這個實驗說明了自然發生說的荒謬性，人們只能另尋解釋生命產生的途徑。

此外，還有一種觀點是“宇宙發生說”。這種觀點認為生命來源于太空，運載生命種子來到地球的“飛船”就是隕石，隕石通過撞擊地球的方式，把生命種子播撒到地球上。由于地球的環境條件適宜生命活動，所以來自宇宙的生命就生存發展起來。

19世紀70年代，霍伊爾、維克拉瑪辛等科學家在遙遠的恒星周圍的塵粒中發現了一些奇怪的物質，他們猜測這些物質是生命的遺痕。由此，他們做出以下推斷：

一顆與太陽相仿的不知名的恒星，其軌道中運行著一顆體積極小的彗星。在這顆微小的彗星體內，有一個只能在顯微鏡下才能看到的孢子，它就是外星生命的“種子”。孢子正靜靜地躺著，處于休眠期。過了若干年，恒星的引力突然發生了變化，導致這顆彗星從原軌道上脫離出來，飛向太空。在后來長達1億多年的時間中，它獨自遨游在廣漠、寂靜而冰冷的宇宙空間里，直到它偶然闖進了太陽系。幾顆巨大的氣體狀行星快速劃過它身邊，然后，一顆龐大的、夾雜著片片褐色的藍色星球離它越來越近，這個藍色的星球就是地球。這顆彗星與無數隕星碎片夾雜在一起，猛烈地撞擊在地球上，彗星被撞得碎裂開來。在彗星體內休眠了幾億年的孢子被拋進了地球表面溫暖的海洋中。這顆珍貴的生命種子，受到了某種催化作用，在經過了一系列化學反應和生物反應之后，形成了最原始的生命。從此，地球上有了生命。這種生命的原始起源大約發生在33億年前，地球上從此開始了一個全新的、有生命的時代，從一個無生命的星球變成了有生命的行星，并且越來越美麗。

射電天文學和宇宙化學的迅速發展為人類研究生命起源提供了契機。20世紀60年代，科學家們發現在宇宙空間中有大量的有機分子，同時也在那些落入地球的隕石中發現了近20種氨基酸和10多種烴類物質。但是，宇宙發生說只解釋了生命是從宇宙空間移居到地球上來的，并沒有揭示出生命起源的真正原因。1953年，美國化學家做了一個關于生命起源的實驗。從此，沒有人再相信維克拉瑪辛和霍伊爾等人的假說了。

斯擔利·米勒是美國圣迭戈大學的一位科學家，他于1953年進行了一個有趣的化學實驗。他先把氨氣、甲烷、氫氣和水蒸氣等氣體，按照“地球原始狀態”時的組成比例混合在一起，裝入一個玻璃瓶中。然后，他用電流模擬閃電，轟擊這些氣體。閃電是今天常見的氣候現象，同時它也很古老，它在地球最原始時期就存在了。一個星期后，米勒驚喜地發現，在玻璃瓶中出現了一種橘黃色氣體，這是以前沒有的。米勒對這種氣體進行了測定，測出大量氨基酸等有機物質存在于這一氣體中。此后，德國的科學家格羅茨和維森霍夫也進行了與米勒相類似的實驗，他們先按照“地球原始狀態”配置氣體，然后用紫外線長時間照射這些氣體，結果也得到了氨基酸。

在20世紀60年代，科學家奧羅利用氰化氫等物質，成功地合成了生命物質腺嘌呤，它是核酸的重要組成成分之一。1963年，波蘭的佩魯馬等科學家利用紫外線照射，得到了一種在生命體中用于傳輸能量的重要物質ATP。這些實驗有力地證明：在一定的能量條件和物質條件下，無機物轉化為有機物、簡單的有機物轉化為復雜的生命物質的進化過程，即使沒有生物酶的作用，也完全有可能在地球上實現。

就這樣，一種新的學說——化學進化說，開始被越來越多的人接受。

這個學說認為，早期地球的大氣中存在著大量有機分子，這些有機分子在漫長的時間里逐漸產生了一種相互關聯的結構，這種結構能臨時組合在一起。又過了許久，這種分子周圍出現一層黏稠狀的東西，它能隨著外界環境的變化，排放出一部分有機分子，也能接受另一類有機分子。這種復合化的分子被看做是最初的生命形式，它已經具備了最簡單的代謝和繁殖功能，形成了生命的基本特性。這種最低級的生命形式結構極其簡單，連今天最簡單的微生物都比它復雜許多，但它們已經具備了生命的基本特征，能靠自然選擇來進化成各種各樣的高級生物體。

但是地球生命誕生的奧秘仍沒有解開?？茖W家們發現，在太陽系的8大行星中，木星、土星、海王星和天王星的大氣成分主要是氨氣、甲烷，而火星、金星等類地行星的大氣，則主要是二氧化碳。于是，有人提出了這樣的問題：為什么就可以斷定“原始狀態”時的地球大氣中，一定含有甲烷而不是二氧化碳呢？

德國和法國的兩位科學家在格陵蘭38億年前形成的古老的石英巖層中，發現了單細胞有機物的內含物。這種細胞外觀上呈橢圓形或是絲狀體，一般具有鞘。它的內含物由生命物質組成；它的細胞壁和鞘的結構以及繁殖方式，與現代的酵母菌幾乎相同。這樣的單細胞有機物大約需要5億年時間才能形成。因此可以推測，生命應該在43億年前才開始形成。

根據最新的考察結果，人們認識到生命的出現與行星的誕生幾乎是在同一時期實現的。

美國科學家經研究發現，在其所含有的能量的作用下，普通的泥土也可以合成氨基酸等生命物質?？茖W家還發現，地球上凡是有深而大的斷裂帶的地方總會有許多大型油氣藏。這表明在地球內部曾經發生過有機物的大規模合成。

雖然地球生命誕生的奧秘目前仍無法解開，但是我們有理由相信，終有一天人類將解開生命起源之謎。

恐怖的“天外來客”

盡管宇宙空間非常空曠，但在太陽系里，仍然有許多高速運行的天體四處亂撞，而且也沒有辦法控制它們的運動。常見的有冰質的彗星、石質的小行星和流星等，流星往往是從彗星和小行星上脫落下來的碎片。

這些天體有自己奇特的運行軌道。在繞日旋轉的過程中，這些天體會穿越地球的軌道。如果這些高速運行的天體來到地球軌道附近時，恰逢地球也運動到這里，那么碰撞就在所難免了。

人們甚至可以目睹撞擊的景象。1972年，一顆重達1000噸的大隕石曾經掠過大氣層，與地球擦肩而過，有人將整個過程用攝像機記錄了下來。

1908年7月30日，在俄國西伯利亞的通古斯地區，一顆巨大的火球劃破了寧靜的晨空，然后在半空中爆炸，瞬間，一片方圓1930千米的杉樹林被夷為平地?？茖W家認為，目擊者所描述的就是一顆流星或者彗星，它的直徑在90米以上，在穿過大氣的過程中逐漸破碎。

萬幸的是，西伯利亞人煙稀少，只有一位在距離爆炸中心60千米處的商人被烤焦了衣服，渾身黢黑。如果爆炸發生在城市，一場巨大的災難就難免被載入史冊了。不過爆炸帶來的危害卻不僅限于西伯利亞地區。大爆炸產生了大量塵埃，這些塵埃飄浮在大氣層中，隨著空氣流動蔓延整個星球，影響了地球上的氣候，破壞了臭氧層。

在日常的工作和學習中，我們也許不會多想在地球周圍漆黑的宇宙空間里到底發生了什么。但是對于天文學家來說，這就是他們的工作。從1990年起，亞利桑那州的天文學家就開始用天文望遠鏡尋找宇宙中在地球附近徘徊的小行星和流星。就在1991年1月18日，他們發現了一塊小行星碎片靜悄悄地從地球身邊經過。這是一塊巨大的巖石星體，它與地球之間的最短距離只有16.96萬千米。

你可能覺得這個數字并不算小。不過要知道，地球和月亮之間的距離是38.4萬千米，所以科學家們認為，這已經是流星與地球的真正的“親密接觸”了。如果它的軌道再稍微偏一點兒，撞在地球上，這塊直徑8米的巖石爆炸的威力將是轟炸廣島的原子彈的3倍。

據科學家估計，平均每100年就有一個直徑約50米的天體墜落在地球上，但事故現場大都是海域或者其他無人居住的地區。每100萬年，就有一顆直徑約10千米的天體墜落，它的破壞力相當于100萬個1.3萬噸級的TNT炸彈。這樣的爆炸即使發生在海域，也足以將大量的塵埃送上天空，遮住太陽，使地球上數月不見天日，隨之而來的則是劇烈的氣候變化。有人認為，這也許就是6500萬年前導致恐龍滅絕的原因。

神秘天使——極光

那是在1950年的一個夜晚，淡紅和淡綠色的光弧在北方的夜空上閃耀，所有在那晚見過北極光的人至今都能回想起當時的盛況。它時而像在空中舞動的彩帶，時而像在空中燃燒的火焰，時而像懸在天邊的巨傘。它絢麗多姿，不斷變幻著自己的顏色，一會兒紅，一會兒藍，一會兒綠，一會兒紫，就這樣輕盈地在夜空中飄蕩了好幾個小時。

而這一美麗的奇景也曾在中國的黑龍江漠河、呼瑪一帶出現過。1957年3月2日夜晚7點左右，忽然一團燦爛的紅霞騰起，瞬間化為一條弧形光帶，停留在夜空中長達45分鐘之久。同年，中國北緯40°以北的廣大地區也出現了同樣的現象。其實，北極光是非常罕見的自然現象，中國歷史上記載的極光現象，公元前30年～1975年只有53次。

1960年，在蘇聯的列寧格勒也出現過罕見的北極光。那晚，北極光異常強烈，光弧發出白、紅、綠的光輝，升上高空，越來越耀眼，直上萬里。

在極光剛開始出現在夜空時，人們先是看到一條中等亮度的均勻的光弧以直線或稍彎曲的形狀橫過天空伸展開去（長度幾百千米，甚至幾千千米，寬十多千米或幾十千米）。光弧的上端一般離地950千米左右，而下端則是離地100千米左右。它往返掃動的速度達每秒幾十千米，只需幾分鐘其高度就可以增加到1000倍。

1988年8月25日21時，在中國黑龍江省漠河縣、呼中區、新林區又出現了極光。剛開始時，在地平線上出現了一個亮點。緊接著，它沿著W形的曲線以近似螺旋的軌跡上升。亮點在不斷地升高、移動，面積也在不斷地擴大，而亮點的尾部留下了像火燒云似的美麗光帶。在這時亮點開始出現了一個淡藍色的圓底盤，接著，圓底盤從淡藍色變成了乳白色。亮點射下一束扇狀的光面，閃了幾下便消失了。西方低空中的光帶向上擴展所形成的淡藍色的云團正在這個時候，就像一個倒放著的煙斗。這條橙黃色帶和淡藍色的云團持續了40分鐘左右才逐漸消失。

然而，這絢麗壯觀的極光卻有極強的破壞力。極光給通訊、交通都會帶來嚴重的影響，它能干擾電離層，影響短波無線電信號的傳播。在極光強烈活動的影響下，遠在美國阿拉斯加的出租車司機竟然可以收到來自本土東部的新澤西州調度員的命令。極光的不斷變化也可能會使電話線、輸油管道和輸電線等細長的導體中產生感應電流，使輸油管道被嚴重腐蝕。1972年，在美國的緬因州至得克薩斯州的一條高壓輸電線跳閘，加拿大哥倫比亞的一臺23萬伏變壓器被炸毀，這一切突發事件的“主謀罪犯”就是奇特而瑰麗的極光。千百年來，人們一直在研究、尋找極光形成的真正原因。很早以前就有人觀察到了這一大奇景，可對于它的“橫空出世”，至今還是沒有人能夠用科學的說法給以完整的解釋。

在古代，極光被因紐特人誤認為是火炬；而又有一些人把極光描繪成上帝神靈點的燈，鬼神用它引導死者的靈魂上天堂；而在羅馬，極光被說成是黎明女神奧羅拉在夜空中翩翩飛舞，迎接黎明的到來。

蘇聯科學家羅蒙諾索夫曾經做過這樣一個實驗：在一個接近真空的球內制造人工放電現象。結果在空氣極其稀薄的玻璃球內，隨著放電，不斷發現閃光。他得出結論：極光是空氣稀薄的高空大氣層里的大氣放電所造成的。后來，這個實驗被不斷地重復驗證，結果是完全相同的。極光是一種放電現象的觀點得到證實。但極光仍然有很多謎。比如，高空空氣發光是怎樣引起的？為什么極光就像萬花筒一樣可以變幻成千奇百怪的形狀，并且在不斷變化中從來都是不相同的？極光為什么多發生在兩極？

后來科學研究證實，極光的產生來源于太陽的活動。太陽不斷放出光和熱，它的表面和內部都在不斷地進行著各種各樣的化學元素的核反應，產生出強大的含大量帶電粒子的帶電微粒流；這些帶電微粒射向空間，會和地球外80～120千米高空的稀薄氣體的分子發生碰撞，由于這個速度太快，因而就會發出光來。太陽活動高潮的周期性大約是11年1次。在高潮期，太陽黑子會呈旋渦狀出現，且很大很多。這時的極光因為太陽異常也會比平時更瑰奇壯麗。由此可看出，太陽活動控制著極光活動的頻率。有人發現，當一個“大黑子”出現在太陽中心的子午線時，在20～40小時后，極光就會在地球上露臉。因此，是太陽發出的電造就了極光。

極光現象為什么只出現在南北兩極呢？因為地球就像是一個以南北兩極為地磁兩極的大磁石，而從太陽處來的粒子流就是指南針，它飛向兩極的運動方式是螺旋形的。事實上，磁極不能控制所有的帶電粒子流，在太陽非常強烈地噴發帶電粒子流的年份里，人們也能在兩極地區以外的一些地方觀察到極光。不同氣體可分成如氧、氮、氯、氖等，空氣成分非常復雜，而這些成分在帶電微粒流的作用下，產生不同色彩的光，所以極光才能如此美麗多姿。

有人從地球磁層的角度去研究極光。地球磁層把地球緊緊包住，就如同地球的“保護網”，使地球不受很大的太陽風輻射粒子的侵襲?？墒沁@張“保護網”在南北極上空就不如別的地方密實，這里有許多大的“間隙”，因此一部分太陽風輻射粒子就乘機進入地球磁層。這一點從衛星上看得分外清楚：當太陽耀斑開始爆發時，有些電子就加速沿磁力線從極區進入地球大氣層。這就在兩極上空形成一個恒定的環形光暈，即極光橢圓環。極光都有圓環并不是一成不變的，其大、小、亮、暗都隨著帶電粒子的涌入量而變化。由于南北極上空有那些“間隙”，所以極光只出現在兩極地區的上空。

現在還有一個疑問是，太陽風進入星際空間的行動是連續的，太陽風會進入地球極區“通道”，但為什么南、北極的極光并不是時刻可見呢？難道說太陽風所經過的那些“間隙”中還設有“關卡”嗎？關于這一點，有一個很合理的假設：太陽風帶電粒子進入這些“間隙”后，并不是一下子就爆發的。地球磁力線有一種能力，可以把這些帶電粒子先藏起來，只有在一些特定因素如太陽黑子強烈活動的影響下，地球磁力線才把帶電粒子放出來，于是就有了極光。

可是，這些假設都不能解釋地面附近出現的極光現象。有人說這些地面極光是地面附近的靜電放電所致，因此，極光會出現在離地面1.2～3米的地方。

又因為許多彗星明亮的尾巴與極光有很多相似的地方，這使人很自然地將這兩種現象聯系起來。除此之外，還有很多觀點，這里就不一一列舉了。盡管極光之謎還沒有完全揭開，但人類已初步了解了它的許多方面?？茖W家們對太陽風的研究監測還在緊張地進行，他們希望通過觀察確定太陽風的各種參數是如何變化的。

破壞臭氧層的可怕后果

我們頭上20～48千米處，是環繞著地球的臭氧層?？諝饫锏拇蟛糠盅醴肿樱∣2）由2個氧原子組成，而每個臭氧分子（O3）內包含3個氧原子。

陽光對于臭氧的形成起到了重要的作用。陽光里的紫外線在穿過大氣層的過程中使普通的氧分子分解。自由的氧氣單原子與鄰近的氧分子（O2）結合，就形成了臭氧分子（O3）。

臭氧層的臭氧濃度極低，如果將延伸30千米的臭氧分子集中到一起壓縮為固體層的話，厚度僅為3毫米。

在地面附近也會存在臭氧。陽光會與汽車尾氣或工廠排出的煙中的化學物質發生反應生成臭氧。地面附近的臭氧含量會在悶熱的煙霧天里達到警戒水平。吸進臭氧分子對身體是有害的，因為臭氧分子會對肺部形成傷害。練習長跑的人如果過多地吸入含有臭氧分子的污染的空氣，會感到肺部疼痛，呼吸困難。生長在公路兩側的樹木和其他植物往往會因為臭氧污染而生長緩慢。

但是我們頭上幾十千米處的臭氧層不但不會對我們的健康構成威脅，相反還保衛了我們人類的健康。臭氧會吸收來自宇宙中的紫外線：紫外線會使我們的皮膚顏色變深；如果接受了過多的紫外線照射，我們的皮膚會被灼傷，甚至患上皮膚癌。

從20世紀70年代起，科學家們一直關注臭氧層的變化。他們發現含氯氟烴（CFCs）會破壞臭氧層，而含氯氟烴被廣泛地應用于冰箱、空調和氣溶膠罐中。每次使用發膠、摩絲、空氣清新劑時，或者當冰箱和空調被送去維修或報廢時，都會有含氯氟烴氣體泄漏進入空氣。

科學家認為，含氯氟烴氣體在空氣中會慢慢地向上飄，最終進入臭氧層。在太陽輻射的作用下，含氯氟烴會放出氯氣。氯氣會分解臭氧分子，生成普通的氧氣分子（O2）。如果這個反應不停地進行下去，臭氧層終究有一天會從地球上永遠消失！

在1985年的時候，一位英國科學家公布了一個重大的發現：南極洲的上空出現了一個巨大的臭氧層空洞。這個臭氧層空洞的面積相當于整個美國的大小，每年春天都會出現。當季節改變，風向發生變化時，周圍的臭氧分子會被吹過來填補這個臭氧層空洞，但與此同時周圍地區的臭氧水平就會顯著下降。1992年冬天，歐洲和加拿大部分地區上空的臭氧含量下降了20個百分點。

研究人員在南極洲的上空還同時發現了大量氯的一氧化物，這是一種在氯氣分解臭氧反應過程中釋放出的化學物質。由此可見，日常生活里廣泛應用的含氯氟烴的確是一大隱患。

據估計，臭氧含量每下降1個百分點，到達地面的紫外線就會上升2個百分點，同時皮膚癌的發病率會上升3～6個百分點。紫外線對人體的免疫系統也會造成傷害，使人們更容易患上瘧疾一類的疾病。此外，紫外線還會破壞植物細胞——從樹木到莊稼。

科學家們還擔心臭氧層變薄會導致全球范圍內的氣候變化，而此后的一系列結果將不堪設想。臭氧層有保溫作用，而隨著臭氧層逐漸變薄，臭氧層附近的空氣溫度下降，會導致全球風模式的變化，從而導致氣候變化。隨之而來的可能是長期干旱、莊稼歉收、糧食短缺，甚至大饑荒。

據科學家計算，即使全世界人民都行動起來，采取一切可行的措施阻止破壞臭氧層的活動，使臭氧水平恢復到從前的水平也需要100多年的努力。

溫室效應的爭議

近年來，全球氣候逐漸變暖，科學家們根據長期觀測得到的大量數據分析指出，全球氣候在20世紀明顯變暖，跟20世紀初相比，現在的平均氣溫上升了0.5℃，這種溫暖期是過去600年里從未有過的。

全球氣候在整個20世紀確實一直在變暖，但氣候變暖是不是因為“溫室效應”呢？會不會持續變暖呢？對此，眾說紛紜。

有些科學家認為20世紀氣候變暖是“小冰期”氣溫回升的延續，是自然演變的結果，跟“溫室效應”無關。在地球存在的45億年中，氣候始終在變化，并且是以不同尺度和周期冷暖交替變化的，也就是說，20世紀氣候變暖是正常的自然現象，人們不必恐慌，到了一定的時期氣溫自然會變冷?？茖W家經研究發現：第四紀也就是距今250萬年前，地球上出現了多個不同尺度的冷暖變化。周期越長，氣溫變幅也越大。周期為10萬年左右的冰期，氣溫變化了10℃；周期為2萬年的，氣溫僅變化了5℃。在近1萬年中，這個規律依然在起作用：10年尺度氣候變化的變幅是0.3℃～0.5℃; 100年尺度氣候變化的變幅為1℃～1.5℃; 1000年尺度氣候變化的變幅為2℃～3℃。

但還有些人反對以上觀點，他們認為，全球氣候變暖是因為“溫室效應”，而人類是造成“溫室效應”的罪魁禍首。近幾十年來，發展迅速的工業制造業以及日益增多的汽車等，導致燃燒礦物燃料越來越多，人類向空氣中排放的二氧化碳大大增加。加上綠色植物尤其是森林遭到了極大破壞，無法大量吸收人類排出的二氧化碳，因此，大氣層中的二氧化碳濃度大大增加，阻礙了大氣和地面的熱交換，引發“溫室效應”。大量的二氧化碳既能吸收熱量，又阻止了地球散熱，地球熱交換因此失去了平衡，導致全球氣溫不斷升高。一個權威性的政府組織IPCC對全球氣候變暖的問題進行了大量詳盡的研究，他們明確指出了大氣中二氧化碳含量的增加是全球變暖的主要原因。

IPCC的科學家們利用電腦收集了大量的技術發展預測、人口增長預測、經濟增長預測等相關資料，再根據對未來100年里排放到大氣中的二氧化碳數量的35種估計值，做出了7種不同模型來預測全球氣候，最終的結論是氣溫在未來100年可能增加1.4℃～5.8℃。如果這種預測變成現實，地球將會發生一場大災難。農業將遭到毀滅性打擊；海平面將上升，淹沒更多陸地，并導致淡水危機；各種自然災害將輪番發生，生態平衡將遭到破壞。

據英國《觀察家報》2004年1月11日報道，由多國科學家組成的國際研究小組在最新一期英國《自然》雜志上發表研究報告稱，全球變暖將導致世界上1/4的陸地動植物，即100多萬個物種將在未來50年之內滅絕，這必將對人類的生存造成災難性的影響。為此，英國多位著名氣候專家在劍橋大學召開會議，商討防止地球繼續變暖的辦法。

盡管“溫室效應”論十分盛行，但也有不同的聲音。不少科學家認為目前地球正朝低溫濕潤化方向發展。他們認為，盡管20世紀的氣溫總體上呈上升趨勢，但二氧化碳濃度變化與氣溫曲線變化并非完全一致，20世紀的40～80年代，有過降溫的過程。這種看法也不無道理，他們從兩個方面提出證據支持自己的觀點。

首先，他們認為，氣候變化受地球自身反饋機制的影響。一方面，由于大氣與海水間存在著熱交換，氣溫升高時，熱交換增強，海水吸收熱量升溫后，對二氧化碳的溶解度也會增加。不僅如此，氣溫的升高還會增加地球上的生物總量，寒冷地帶由于變熱，生長在那里的植物生長期變長，植物帶也在高溫的作用下移向高緯度的地方，二氧化碳被森林吸收后，要經過更長的時間才能回到大氣層。另一方面，由于空氣極度濕潤，植物殘體在這種情況下不能充分分解，以泥炭的形式儲存到地殼，這正是碳元素從生物圈到地圈的轉化過程。

其次，氣溫上升過程中產生的水蒸氣也能起到一定程度的緩解作用。氣溫升高導致蒸發加劇，大氣含水量增加，形成一些云，大量的太陽輻射會被這些云反射、散射掉，從而緩解氣溫的上升。

氣象系統是十分復雜的，無論地球變暖是否因為“溫室效應”，我們都應該加以關注。相信總有一天我們會弄明白地球變暖的來龍去脈，從而改善環境，造福人類。

大陸真的在漂移嗎

趁我們還能看到海濱的時候，多去玩玩吧。據有的科學家預言，3億年之后，大西洋將不復存在。美國東海岸將與5000千米外的海岸接合，成為第二個中東地區。

大陸板塊看似固定不動，實則不停地在漂移。大約每5億年，就會發生一次板塊碰撞，同時海岸線擠壓形成山脈。如果板塊碰撞接連發生，各大板塊就會最終合成一塊超級大陸，四周環繞著一片汪洋。到時候，你可以開著車從美國底特律去往法國巴黎，再開往中國北京。

對各大板塊大團聚的展望是基于板塊構造理論的。我們所謂的地殼其實是一塊塊大陸板塊拼湊起來的，而大陸板塊就漂浮在一層極熱含半液化巖石的幔層上，就像木筏漂浮在水面上。

大陸——北美洲大陸、南美洲大陸、非洲大陸、亞歐大陸、澳洲大陸和南極洲大陸——就位于大陸板塊之上，與其形成一體。所以當大陸板塊漂移時，我們腳下的陸地也隨之漂移。你可能會問：漂移了多少呢？僅僅1年，北美洲板塊和歐亞大陸板塊間的距離就會增大1.9厘米。相應的，大西洋面也會拓寬1.9厘米。

科學家認為，大陸漂移也是一種循環往復的過程。各大板塊先彼此分開，約5億年之后又重新合在一起。

拿起地球儀，你會發現各大陸板塊就像是拼圖塊，這就不難讓人想到這些小塊可以拼成一整塊。例如，南美洲的東北部海岸是向外突出的形狀，而非洲的西海岸則是向內凹陷的，二者剛好可以拼在一起。

把各個板塊拼起來，就可以得到一塊超級大陸了。距今最近的一塊超級大陸被稱為“泛古陸”，它在1.8億年前發生了瓦解。人們認為泛古陸被覆蓋了整個星球的廣闊海域環繞，這片海域就是今天的太平洋的前身。

在泛古陸之前，歷史上或許還出現過好幾個超級大陸?？茖W家們認為，每塊超級大陸在發生分裂之前大約都會維持8000萬年。

他們還認為，可能引起大陸塊分裂的原因有兩點：一是來自地球內部的熱量；二是地球的自轉。

超級大陸的存在會阻礙地球深層的熱量向外界擴散。可以想象把一本書放在電熱毯上，過一會兒，書覆蓋著的區域就會明顯比周圍區域的溫度高。隨著溫度的升高，超級大陸板塊的某些位置上會受熱膨脹，隨后裂開。

與此同時，由于某一邊明顯向外突出，超級大陸在隨著地球自轉的同時，承受著強大的應力。隨后，在1.8億年前，在這個強大應力和熱斷裂的共同作用下，超級大陸最終分解成了幾個小塊。

但是幾百萬年之后，大西洋洋底將會沉降，洋面將會逐漸縮小。各大陸板塊會重新會聚在一起，變成名副其實的一個世界，持續至少8000萬年。