|
大陆为什么会消亡 一、前言 二、地球在膨胀 地球，它是越来越热还是越来越冷呢？ (一)、海洋生物化石提供的证据
地壳中的岩石按其成因可以分为三大类。 1、岩浆岩 地球内部存在着高温的硅酸盐熔触体，叫做岩浆。它喷出地表或侵入地壳内冷凝，就成了岩浆岩。也叫火成岩，如花岗岩、玄武岩等。 2、沉积岩 旧称水成岩。通常是在地表条件下，由已经形成的岩石经过风化、侵蚀、搬运、成岩等一系列作用方式形成。其特征是常有层理，往往含动植物化石。 3、变质岩 已形成的岩石，如果物理化学条件改变，例如温度和压力发生变化或遇到化学性质活泼的溶液，就会发生变化，形成变质岩。 岩浆岩和变质岩绝大部分是结晶的，沉积岩的组成物质一部分是结晶的，另一部分是不结晶的。据计算，整个地壳内的结晶岩约占92.9%, 沉积岩和沉积物只占7.1%。 人们认为，有一种蛇绿岩是存在于地壳和地幔分界处的，但在地表许多地方都发现它的踪影，例如我国的雅鲁藏布江地带。 地表的花岗岩、玄武岩俯首可见，蛇绿岩也冒出了地面。这也从另一个侧面证明，不仅海底表面的生物化石，地壳深处的玄武岩，地壳底处的蛇绿岩都被“胀”到了地面。 顺便提一下，历史上岩石的“水成派”和“火成派”曾有过激烈的争论，甚至于大动干戈。一次在苏格兰爱丁堡一个小山上的古城下，两派组织了一次现场讨论会，先是相互指责咒骂，而后挥起拳头互相殴打。 (三)、火山爆发提供的证据 如果地球是膨胀的，那么软流层以下的地核就会产生一个向外的膨胀压力。如果地球是在不断地收缩，就会反过来，在地壳和地幔交界处就会出现带负压的缩孔。这种情形有些象将熔化的铸铁水倒进沙型里，冷却后的铸件在浇口处会形成一个向下收缩的凹坑。实际上，只要从火山口到地下岩浆之间有一条通道，火山就会爆发。这就足以证明软流层以下的地核的确有一个向外的膨胀压力，将岩浆压入通道，从火山口里喷射出来。通过以下的描述，我们就能领略到火山的威力。 1815年4月坦博腊火山（在印度尼西亚松巴哇岛）的爆发是有史以来世界上最猛烈的一次火山活动。在好几天里，喷出的火山灰遮蔽了480平方公里范围的天空，4月12日中午，爪哇岛漆黑如夜。火山上部大约失去了700亿吨物质，整个坦博腊镇葬身海底，确实称得上天昏地暗，山崩地裂。 1983年8月27日苏门答腊和爪哇岛之间的喀拉喀托火山爆发也不示弱。它所抛出的无数火山尘埃在好多年里使得天空中的晚霞变得格外灿烂瑰丽。火山爆发在岛上炸成一个深约300多米的大坑。由于一大股海浪突然灌进火口，引起了骇人的轰鸣声。这声巨响远至澳大利亚也能听得见，它被认为是有史以来地球上从未有过的最大响声。所以人称这次火山爆发是“声震一万里，灰撒三大洋。”其声势纵然用“雷霆万钧”等词句加以形容，也感到意犹未尽。 （四）、地震提供的证据 关于地震的成因，正统的观点认为：地震都发生岩层或岩体中，在岩体受力变形时，固态的岩石会产生弹性变形，把能量积累起来；当岩石的弹性变形超过固态岩石的弹性限度时，就会在那里发生断裂或断裂带，产生地震断层。地震断层的存在是发生地震的必要条件。地震断层破裂时，断层面相对的两边各自回跳到其平衡位置，将积累在岩石中的的能量急剧释放出来，从而引起地震。 从全球的角度来看，如果地球膨胀，地壳水平方向之间有相互伸长的趋势，从而会产生一种张力，也就是一种拉力。如果地球收缩，则地壳之间产生的是一种压力。我们知道，岩石的抗压能力比抗拉能力要大得多。例如花岗岩的抗压强度是抗拉强度的40倍左右。因此，如果地球膨胀，比较容易将部分地壳拉断产生断裂或断裂带而发生地震。如果地球收缩，产生地震要困难得多。很多地震震后都会在地壳中产生裂缝，这就充分说明地震主要是地球膨胀所产生的。当然，不同的大陆板块在碰撞时也会相互剪切将某一地层剪断。但是，大陆板块的碰撞也可以归结于地球的膨胀。这个问题我们后面还会谈到。 为了让人们了解地震的威力和破坏作用，特将人类记录到的最大地震的描述摘录如下。 迄今为止，人类记录到的最大的地震是1960年发生在智利的一次8.5级大地震。 1960年5月21日至6月22日，在智利南北长1400千米的沿海狭长地带，比较大的地震至少发生了225次，其中3次超过8级，10次达7级以上。地面上到处出现大裂缝，冒水喷沙的沙丘绵延几千米，13万平方千米的土地沉陷了两米。大地震引起的海啸几起几落，持续了半天多，从首都圣地亚哥到芒特港，沿海的房屋建筑，港口以及准备外运的矿石，几乎全都被奔腾扑来的近乎垂直的八九米高的巨浪卷进海里。地震还使瑞尼赫湖区发生3次大滑坡，几千万立方米的泥石滚进湖里，湖水四溢，淹没了湖东的大片土地。震后47小时普惠火山爆发，火山灰和水汽喷到八九千米的高空，持续好几个星期。震区几十万幢建筑物遭到破坏，百万人无家可归，损失之大，亘古罕见。意思的是，这次智利大地震引发的海浪，竟以每小时650千米的速度横越太平洋，袭击了夏威夷群岛，甚至跑到15000千米以外的日本行凶作恶，使上千所住宅被冲毁，两万多公顷良田被水淹，10万人无家可归。 地球膨胀的问题，历史上早就有人研究，观点也不尽相同。现将支持地球膨胀的观点简单扼要地综合如下，对于不同的观点，我们以后在适当的时候还会提到。 林德曼在1927年最早提出地球膨胀学说。他认为大陆漂移来自地球的不断膨胀。 1933年，希尔根伯格根据大陆可以拼合为一个球面的情况，认为地球在其开始时很小，后来由于地球的膨胀，体积急剧增大，地壳受到拉张而破裂，并逐渐分离形成各大陆。1935年他更进一步具体提出，早期的地球半径只有今天地球的一半。 1935年，霍姆根据天体演化观点提出地球的原始半径仅为5430千米，后来，由于地球膨胀使其赤道半径成为现在的大约6378千米，并且由于膨胀作用而使地壳发生破裂，认为红海就是这种作用的早期产物。 卡莱在1958年用古地磁的方法得出早期的地球半径比今天地球半径的一半还小的结论。希尔根伯格得到更为具体的结果：在两亿年以前，地球半径的平均增长率为每年0.17厘米；在这之后膨胀加速，达到每年11厘米。 首先提出有一条环绕全球的大洋中脊和裂谷体系的希曾，在1960年强调指出，地球在不断地膨胀着，膨胀力使得大陆花岗岩破裂成若干分离的大陆地块，大洋中脊轴部是地壳的最薄和最年青部分。 1979年初英国地球物理系与地质系联合会议重新探讨了地球是否在膨胀的问题。会上，澳大利亚塔斯马尼亚大学的S·卡里指出，地球是以指数形式膨胀着的，这种膨胀仅在近2亿年方能辨察出，现今地球半径的增长率是每年5—6厘米。 英国自然历史博物馆的H·阿文从绘制的一系列地球样图中看出，至少在近2亿年内地球确实在膨胀着。 膨胀说认为地球长期以来一直在膨胀着。其依据是大西洋两岸形状的相似性，认为地球表面的主要构造特征是大裂谷拉张构造，从而提出大洋的形成是地球体积膨胀导致地壳拉张破裂的结果。 苏联科研人员认为，自从地球作为一个宇宙体出现之后，其体积不断增大，到目前为止，地球半径已增长了1／3。不久前，他们记录到了各大洋边界的扩展，从而进一步肯定了关于地球半径逐渐增长的论点。他们认为大洋底部的扩展是由于地球深处大量物质向上涌溢，推展大洋底部的地壳。 在第一小节结束的时候，我们提出这样一个问题：如果地球的确在膨胀的话，它为什么会膨胀呢？这种非同一般的能源从何而来？对此，我们将会提出一种新的观点。 三、大陆漂移 大陆漂移说现已广泛为人们所接受。因为大陆漂移和大陆消亡有着必然的联系，所以，我们简要地介绍一下大陆漂移说。 1910年，德国地球物理学家魏格拉在观察世界地图时，对大西洋两岸海岸线的相似性及对锯齿状吻合关系感到有某种因果关系。之后他通过地貌、大地测量、地球物理、地质、古生物及古气候多方面的论述，在1906年和1912年发表了《大陆漂移说》和《海陆的起源》,提出了大陆漂移说。 魏格拉认为大约在石炭纪后期，现在的各大陆曾连在一起，后在地壳比较脆弱的地方分裂。所分裂的大陆块由东向西，又由极地向赤道漂移，彼此间逐渐远离，形成现在的大陆分布。 大陆漂移的证据主要有以下几点： 1、 大陆边缘形态的拟合性 大洋两岸大陆岸线的相似性说明两岸大陆可能互相连接过。如南美东岸的直角突出部分（巴西）与非洲西岸呈直角凹进的几内亚湾，直观上可以拼合成一个整体。 1965年，英国地球物理学家布拉德，选用大西洋两岸大陆坡中点等深线作为拼合线，用计算机技术，把它们拼合在一起，岸线重叠区和空隙区都很少，平均误差小于1度。 2、 地质构造的延续性 人们从地质考察中证实，大西洋两岸的地质构造是对应连续的。例如非洲一边的20亿年左右的片麻岩地盾及5亿年的褶皱带连同它们之间的分界线，在巴西圣路易斯附近海岸完全对应一致。 3、 地层层序的一致性 南极洲、非洲、澳大利亚、南美洲、印度和马达加斯加，现在远隔重洋，但各大陆古生代、中生代的地层岩石及古生物群都是相同的。地层柱底部普遍为一冰渍层和冰水漂砾层。 4、 古生物种属的相似性 在南极洲、非洲、澳大利亚、南美洲和印度等地区发现了一种生长于寒冷气候条件下的舌羊齿属植物群化石。说明这些陆块原来是一个位于寒冷地带的整体陆块。古脊椎动物也有类似的情况。 5、 古冰川与古气候的吻合性 南极洲、非洲、澳大利亚、南美洲、印度和马达加斯加等地区，在石炭纪至二叠纪发生过广泛的冰川作用，都保留有清楚的古冰川遗迹。这种古气候反常的现象，海陆固定论是不能给予合理的解释，如果大陆漂移，则就是合情合理的了。 大陆漂移说可以说是一波三折，回顾一下它的坷坎经历是发人深省的。 《海陆的起源》这本书既非诗人说梦，也不是天方夜谭，书中所罗列的事实是有力的，思维和逻辑也是严谨的。但是，它与传统观念是对立的。在当时，一些人热烈赞同魏格拉的主张，另一些人则坚持传统观念，认为大陆漂移说不过是一派胡言。这就在大地构造领域里形成对立的两大学派，传统的海陆固定论和新生的大陆漂移说。 传统的固定论在受到大陆漂移说的猛烈冲击之后，自然不会善罢甘休，它开始寻找突破口向大陆漂移说反扑过来，终于找到大陆漂移说中的一个问题和一处致命弱点。这就是大陆漂移说认为硅铝质的大陆地壳在硅镁质的海洋地壳上漂移。这当然是有问题的和错误的。同时，人们提出，深沉的大陆究竟为何会一漂千里？驱动大陆漂移的力的来源又在哪里？魏格拉提出的地球自转离心力和潮汐摩擦力由于太小，很快就被否认。其实这一问题即使在今天也仍然没有解决。 在传统势力最盛行的美国，1926年11月在纽约召开了一次讨论大陆漂移的会议，魏格拉本人也参加了，除少数人支持大陆漂移说外，许多北美人士都板起面孔，大加贬斥，使得魏格拉十分难堪。他甚至在人格上也遭到非议。从此，数十年内，几乎没有一个北美地质学家认真地考虑过大陆漂移的可能性。 在50年代，正当大陆漂移说濒临覆灭的绝境时，古地磁学异军突起，为大陆漂移说平反昭雪。因为根据化石磁性得出的各大陆的古纬度，与魏格拉当年根据古气候推断出的石炭二叠纪联合古陆的古纬度相当吻合。这就说明，魏格拉并没有错，而是反对他的人错了。 说来也有趣，魏格拉的大陆漂移说首先是遭到大批地球物理学家的攻击以致逐渐凋落；而后来，恰巧是地球物理学家的努力，使它得以东山再起。当年反漂移说的首领杰弗利斯在英国，此时使大陆漂移说复活的古地磁学恰好又源于英国。 在本小节结束的时候，我们再次重复这样的问题，深沉的大陆究竟为何会一漂千里？驱动大陆漂移的力的来源又在哪里？ 四、海底扩张 地球表面约71%的面积为海洋，要认识地球的整体构造，不了解海洋地质构造，将是非常片面的。 人们通过海底测探、侧扫声纳和深海钻探等手段，已大致了解海底的地形。 洋底最惊人的发现要算纵贯各大洋中部的中央海岭，也称为海洋中脊。通过海洋地质考察，所有的海洋中脊都贯通连接在一起：从北冰洋开始，呈“S”型穿过大西洋中部，绕过非洲的“好望角”与呈“Y”字型的印度洋中脊的西支相接。北上的印度洋中脊进入亚丁湾和红海后，又与“东非大裂谷带”相连。印度洋中脊的东南一支，向东延长，与太平洋中脊相接。东太平洋中脊穿过加利福尼亚湾，直插北美西部。而北冰洋中脊，经过南折，最后没于西北利亚之下，远达贝加尔湖。 在海洋中脊的高峰处往往有一个中央裂谷，这里地壳很薄，大约只有3—5千米。其下紧连地壳的是地幔，这里存在一个由熔岩构成的软流层，软流层在高温高压下，往往以中央裂谷作为出口，喷发出来，冷却后就成为新的大洋壳。原来的海底则向两侧扩张。由于大陆下有很深的“大陆根”，当海底扩张到大陆后，就俯冲入“大陆根”之下的地幔中，形成海沟，并逐渐熔化消失。这就是海底扩张。 因此，大洋地壳产生于大洋洋中脊的中央裂谷，消失于“大陆根”处。据估算，大洋底的扩张速度大约为每年1—10厘米。如果以每年5厘米计算，宽度为15000千米的太平洋洋底，只要1.5亿年就可以更新一次。 同时，我们也知道，大陆硅铝质地壳不是在大洋硅镁质地壳上漂移，而是和大洋地壳一起在地幔的软流层上漂移。 由熔岩构成的软流层从洋中脊裂谷口喷发，冷却到居里温度以下时，必定会受到沿当时地磁场方向的磁化。由于地磁场的南北极曾多次转换，就会在洋中脊两边的大洋地壳中形成周期性的磁条带。这种磁条带会随着海底扩张，以洋中脊轴线为中心不断地向两边延伸，而且洋底壳的年龄也大致与洋中脊轴线的距离成正比。海洋探测的结果完全证实了这一点。这就有力地证明了海底确实在扩张。进一步的研究表明，整个地壳沿洋中脊裂谷和大陆裂谷分成若干个板块，一般认为可分为8大坂块。这就是板块构造了。 显然，从整个地壳破裂成若干板块和有些板块裂缝中不断有熔岩喷发这一事实，也是有利于地球膨胀，而不利于地球压缩的。因为破裂的若干板块可以用地球膨胀龟裂来解释，用压裂则很难解释。 人们认为：大陆漂移、海底扩张和板块移动的能量可能主要是通过地幔对流供给的。大洋中脊是地幔对流上升的地方，洋底自中脊顶部形成后，向两侧移动，逐渐变冷，最后在海沟处沉没到地幔中去，在地幔深处加热变软后反流回海洋中脊下面。这就是地幔对流。 地幔对流说仍然存在着许多多疑问。一、作为对流发散的大洋中脊，被一系列大断裂错开，圆滑的对流如何能在彼此错开的各个中脊段上发生？二、当三条中脊相接或中脊与海沟相交时其下面发生什么样的对流？三、板块移动时，对流如何跟着移动？四、最新研究表明，软流层的低速带在大陆之下似乎并不普遍存在。地震层析也没有发现全球性的670km深处的地幔有显著性的不连续性。等等。 尽管人们不再怀疑大陆在漂移、海底在扩张和板块在移动，但是它们运动的驱动力迄今为止还没有一个令人满意的解释。仍然是地球科学中一个悬而难决的问题。魏格拉曾经说过：“漂移理论中的牛顿，还没出现。”我们不禁要大声疾呼：“地壳驱动力中的牛顿，您在哪里？” 五、地球的几个特点 纵观地球，有以下几个非常显著的特点。 1、 全球裂谷系 正象大洋中脊上发育有大洋裂谷一样，大陆上也有裂谷发育，即大陆裂谷，它是发育于大陆地壳上的裂谷，是大陆扩张的中心。大尺度观察，大裂谷是大陆表面上一条巨型的裂缝。规模大，延伸长，切割深。它可切穿整个岩石圈，请注意，同大洋中脊裂谷一样，大陆裂谷也是处于一种引张拉伸的环境。 大陆裂谷有许多条，最典型的例子是东非裂谷带，它南起赞比亚河下游谷地以南，自莫桑比克的贝拉港开始，向北延伸至马维拉湖，由此分为东、西两支裂谷带。整个裂谷带南北延伸跨过50多个纬度，长达6500km以上，宽50—60km。 大陆裂谷与前面提到的大洋洋中脊裂谷以及其它裂谷或断层遥相呼应，纵横交错，连为一体，成为地质构造上的一大景观。从全局看，地球表面有这么多形似龟背的裂谷系，我们不得不说，地球恰似一个被胀裂的球。 2、 丰富的水资源 地球表面的水资源极为丰富。地球表面的一部分被浩瀚的大洋覆盖着。有人曾这样计算过，如果把地球上所有的山峰、沟坡夷为平地，或者假定地壳是一个理想的球面，那么，围绕地壳的海水层厚度，大约为2750米。地理学家们说，地球表面约有70.8%为海水所覆盖。一位美国宇航员从外层空间瞭望地球后，开玩笑说，我们的星球起错了名字，它应该叫“水球”，而不是地球。 这么多的水，如果没有源源不断的补充是说不通的。 3、 突出的氮和氧 人们早知道氧和氮分别约占大气成份的21%和78%。和大气中其它气体相比，它们的数量是非常特殊地多，同样地，如果没有源源不断的补充也是说不通的。 那么，地球上的水、氮和氧是怎么样产生的？又是怎样到地球表面来的？ 六、类地行星的地质特点 如果仅从地球来看问题，可能有一定的片面性，有必要再把眼光扩大一些，了解一下类地行星的具体情况。 根据已掌握的资料，地球内部的地质过程在其它有岩石圈的星球上普遍发生着：月球的质量只有地球的1/81.3，尽管如此，月球内部已经开始有类似于地球内部的活动。目前已经发现月球有一个很小的月核，在月球上发生着类似地震的月震，平均每年近千次，大多数在月面下800－1000千米处，属深源震。（地震每年平均达几百万次,多发生在地面下几十千米至300多千米处，属于浅源震或中源震）。探测发现，月球的岩石圈厚度约为1000千米，占半径的72.6%。 水星的质量为地球的0.05倍。1974年3月和9月、1975年3月，“水手10号”三次掠过水星表面，拍摄了大量水星表面照片。乍看上去，水星非常像我们的月球。可以看到几处貌似火山熔岩形成的地区。 火星的质量为地球的0.11倍。 在火星上，有迹象表明，至多在几百万年以前还有火山爆发，因为发现了火星上的一个名为奥林匹斯火山口，底部直径有600多千米，峰高25千米，在它周围有凝固的熔岩。 金星的质量为地球的0.85倍，阿雷西博射电望远镜显示了金星表面巨大的环状山脊，看起来就象火山口的边缘。一条长达1200千米的大裂谷自南向北穿过赤道。赤道南侧的平原地区还耸立着三座巨大的火山。一条宽1.8千米的熔岩流蜿蜒25千米。 水星、金星、火星尚没有星震资料，关于它们岩石圈的厚度，随着各人所用的资料和处理的方法不同，其结果也不相同。这里以Toksoz等的类地行星热演化模型为例，计算结果如下：如果取1000℃作为岩石圈底，水星和火星岩石圈厚度分别大于300和250千米，金星岩石圈厚约100千米，分别占它们半径的12.3%、7% 和1.6%。 月球和内地行星一般都由壳、幔、核构成，其地貌主要有陨击地貌和火山地貌。星体质量越大，火山地貌所占的比例越大，陨击地貌所占的比例越小。因此，人们认为，月球和内地行星普遍地存在着与地球内部相似的地质活动。 总而言之，现有的证据表明：1、与地球类似的星体，其质量越大，地质活动越剧烈，岩石圈越薄，占半径的百分比也越小。2、与地球类似的星体，其质量越大，火山地貌所占的比例越大，陨击地貌所占的比例越小。 我们自然会问，类地行星为什么是这样的，它们地质活动的力是从哪里来的呢？ 七、类木行星的两个显著特点 天王星和海王星的质量分别是地球质量的14.5和17.2倍，土星的质量是地球的95倍，木星的质量为地球的318倍。天王星、海王星、土星和木星称为气态行星，它们没有固态的岩石圈。类木行星中以木星最为突出，关于它们的特点以木星为例加以说明。 到达行星表面的太阳光分别被反射和接收后，使行星维持稳定的温度，并向外散发热量。此时它吸收的和辐射的能量应该相等。计算和测量表明，类地行星大致是这样，类木行星却是辐射大于吸收，其中以木星最为严重。例如，根据计算的结果，木星表面的温度应该是-168度，“先驱11号”实测为-148度。实际上，它辐射的能量比从太阳吸收的能量多2倍以上。这些超支的能量由其内部的能源来补充。其它的类木行星也有类似现象，只是辐射的能量没有木星哪么多罢了。因此类木行星是能自己发光发热的行星。 木星的亮度有增亮的趋势。我国天文史家刘金沂长研究发现，木星亮度每年增加2%，每千年增加0.003个星等。木星增亮只能从自己的本身找原因，结论是木星有内部热源并且有增长之势。 苏联学者苏奇科夫和萨利姆齐巴罗夫在1982年发表意见认为，木星内部正在进行着热核反应，核心温度高得惊人，至少有28万度。而且还将变得越来越热，最终会变成一颗恒星。 在这里特别强调提出，为什么以地球为分界线，凡比地球小的行星和卫星都有岩石圈（或冰圈），凡比地球大的行星就都没有岩石圈了？类木行星发光发热的能量是从哪来的？ 八、恒星问题 毫无疑义， 恒星的巨大能量来自于氢聚合为氦的热核反应。德国的魏茨泽克和美国的贝特认为，可能存在以下两种核反应使氢转变为氦。 1、质子——质子反应。 这个反应分三个步骤：第一步是两个质子碰撞，放出一个正电子和一个中微子形成氘；第二步是由氘和质子碰撞形成氦的同位素氦3；最后一步是由2个氦3碰撞形成氦核，最后一步是由2个氦3碰撞放出两个质子形成氦核，最终完成由氢核聚变为氦核的反应。这三个核反应都是放热反应。这一连串的反应过程，共有6个质子参与，最后形成1个氦核、2个质子、2个中微子、2个正电子和2个光子。同时释放24.158电子伏的能量。 2、碳——氮——氧循环 首先由碳核和一个质子碰撞，质子打入碳核使之变为氮的同位素 N(7,13),它是放射性的，很快放出正电子和中微子形成碳的同位素C(6,13),它和质子反应生成氮核。新的氮核和质子相碰撞形成氧同位素O(8,15), O(8,15)也是放射性的，它放出一个正电子和一个中微子后衰变成氮的同位素N(7,15);最后，N(7,15)和一个质子碰撞形成碳核和氦核。 这一系列的反应也都是放热反应，因此，只要有足够多的质子，就可以成为稳定的能源。碳——氮——氧循环的结果是4个质子合成一个氦核，同时产生2个正电子、 2个中微子和3个光子，释放出25.03兆电子伏特的能量。参与反应的碳元素在核反应前后没有发生任何变化，而氮、氧同位素只是在中间过程中产生又消失。 人们认为，当恒生里的氢耗尽后核反应会一个接着一个，氦聚变为碳、碳聚变为氧和镁、氧聚变为氖和硫、……..最后全部变成铁。然后恒星会崩溃而形成超新星爆发。 然而，后面的核反应是不符合观察的事实的。 根据光谱分析，从天体的尺度看，氢与氦是最丰富的元素，两者之和占总质量的99％，其余的元素仅约占1％。对宇宙学特别有意义的是，在许多不同种类的天体上，例如在河外星系、银河系、太阳、木星和土星上，氢元素含量与氦元素含量之比竟是大体相同的，即二者质量之比约为3比1。 在这里我们提出以下四个问题： 1、 既然恒星里的氢耗尽后核反应会一个接着一个，氦聚变为碳、碳聚变为氧和镁、氧聚变为氖和硫、……..最后全部变成铁，为什么在众多的恒星里氢元素含量与氦元素含量之比都为3比1，没有发现一颗恒星只含有少量的氢或含有大量的碳、氧、镁、氖、硫、和铁？ 2、 众多的恒星里氢元素含量与氦元素含量之比为什么都为约3比1？ 3、 恒星里的氢为什么不象氢弹一下子炸光？而是慢慢地聚合成氦？ 4、 恒星里的氢长久不衰，它是如何产生的和源源不断补充的？ 九、分析与综合 现将上述各节的证据和问题综合分析如下。 1、大的天体中不断有氢生成。因为在河外星系、银河系、太阳、木星和土星上，氢元素含量和氦元素含量总是约3比1。恒星里的氢长久不衰，没有源源不断的补充是不可思议的。所有恒星上主要的核反应都是氢聚合成氦，所谓的氦聚变为碳、碳聚变为氧和镁、氧聚变为氖和硫、……..最后全部变成铁的核反应统统都不存在。因为至今还没有发现一颗恒星含有大量的碳、氧、镁、氖、硫、和铁的。氢在不断地生成着，氢永远也耗之不尽，用之不竭。 天体中不断有氢生成，并不是无中生有。它是由暗物质生成的，因为物质是无限可分的。人们发现质子和中子内部有电荷的分布，可以认为质子和中子是由电子组成的。电子是由更小的粒子——暗物质组成。也就是说电子在一定的条件下可质变为一种更小的粒子，例如正负电子碰撞可以湮灭，就是生成这种粒子。它们在大的天体里受到阻碍变慢又凝聚成氢。这一点也不奇怪。当然，受科学水平的限制，人们目前暂时还不能观察到这些粒子。 2、我们认为，银河系、太阳、木星和土星俘获的空间暗物质聚合成氦后，热核反应开始变成可逆的，即氦可以裂变为氢，二者达到动态平衡后其质量之比约为3比1。因为不断地有氢生成，也就是反应物的浓度在增加，总的来看，反应会沿着正向进行，新生成的氢中只有约25%聚合成氦。这就是占太阳质量约75%的氢为什么不一下子反应完，而是缓慢地进行的机理。不管太阳燃烧了多少亿年，其中氢和氦的丰度基本上保持不变。其它的星系、恒星或质量达到一定大小的星体，如土星和木星也是这样。 因此，暗物质在质量足够大的星体中会转变为“明物质”——氢。这也从另一角度说明，暗物质至少是比电子更小和更深层次的粒子。暗物质并不遥远，它就在我们身边。 我们只要把氢或氦在隔绝其它元素的情况下，放入类似于星体的高温高压环境中，等到反应完成后，测出氢和氦的比例，这一过程就可证实。一旦人们普遍地实现了把氢转变为氦的热核反应，就无异于得到了取之不尽、用之不竭的能源。因此，这一猜想是可以用试验证明的。 3、象恒星一样，地球内部也有氢生成，由暗物质凝聚成氢可能是一个或几个相变过程，应放出大量的热。从具体情况进一步分析，碳——氮——氧循环核反应在地球内部进行如下： 首先由碳核和一个质子碰撞，质子打入碳核使之变为氮的同位素 N(7,13),它是放射性的，很快放出正电子和中微子形成碳的同位素C(6,13),它和质子反应生成氮核。新的氮核和质子相碰撞形成氧同位素O(8,15), O(8,15)也是放射性的，它放出一个正电子和一个中微子后衰变成氮的同位素N(7,15); 这一系列的反应也都是放热反应。也就是说，和恒星上的碳——氮——氧循环核反应相比较，前5步是相同的，但N(7,15)和一个质子碰撞形成碳核和氦核这最后一步只在恒星上进行而在地球内部并没有进行，因为地球大气中并没有显著的氦。大气中的氮、氧恰好是这种反应的生成物。特别地，生成的氢和氧会在地核内燃烧成水，这也是一个放热反应。 地球为什么会膨胀？大陆为什么会漂移？海底为什么会扩张？板块为什会移动？ 由于地球内部的氢、氮、氧和水在不断地增加，地球内部的压力在不断地增大；当地球从外界所接收的能量和暗物质变成明物质以及此后各种反应所释放的能量大于其向外散发的能量时，其内部的温度就会越来越高，压力也会越来越大。在某一地质时代，当地壳抵抗不了地球内部压力时，其最薄弱的地方就会胀裂成几大板块，炽热的岩浆就会从这些板块裂缝中喷发出来。岩浆泄出后，地球内部压力会随之减少，岩浆会逐渐停止溢出，裂缝中的岩浆冷却凝固后形成新的海洋中脊。 随着地球不断地从空间俘获暗物质，这种胀裂的过程就会反复地进行着。由于裂缝中新形成的岩石，其强度较小，这些冷却的岩石又被重新胀裂。因此在海洋中脊处会不断形成新的海洋地壳，原来的海洋地壳就会被挤开沿海洋中脊向两边运动。海洋地壳运动到了大陆边缘，会受到大陆地壳的压力向下倾斜，钻入大陆地壳底下，在大陆边缘处形成海沟。同时，大陆尖硬的边缘会象“刨刀”一样，将海洋地壳表面疏松层刨去，这层疏松的海洋地壳会象“刨花”一样顺着大陆坡边缘上升而堆积成岛弧。钻到大陆底下的海洋地壳则会挤着其上的大陆板块一起在地幔软流层漂移。地球上存在许多条海洋中脊，不同的海洋中脊所驱动的海洋地壳和其上的陆壳会相遇而发生碰撞，此时它们会根据各自受力情况改变其运动状态。 4、从太阳系的现状来看，特别地，根据小行星、月球、类地行星、地球、天王星和海王星、木星以及太阳所提供的证据，可以归纳出星体的演化过程： 质量很小的星体，例如小行星，只是一整块温度很低的固体；当星体质量达到月球大小时，开始出现幔和核，在其深处产生微弱的星震；随着星体质量的增大，幔和核会逐渐增大，岩石圈的厚度会逐渐减小。当星体达到地球质量大小时，幔和核已占其绝大部分体积，其外层只有一个约占地球体积0.5%的很薄的固体外壳了；质量再比地球再大一些，例如达到海王星和天王星大小的星体，就没有固体外壳了；质量达到木星大小的星体，不久的将来可能会变成一颗恒星；质量达到了太阳大小的星体则变为能发光发热并向外辐射大量能量的恒星了；恒星的质量增大到某一程度，其吸收的暗物质和它抛射的物质会达到一种动态平衡。在某种条件下还可能会引发物质更深层次能量的释放，恒星（甚至整个星系）会爆发，向空间抛射小的星体和暗物质而完成一个循环。 当木星变成恒星，太阳系会变成双星系统，当海王星、天王星和土星都变成恒星，太阳系会成为聚星系统。人们已经在宇宙间观察到了许多的双星和聚星系统，据不完全的统计，双星和聚星系统约占整个星系的一半左右，星体的这种演化过程与观测事实是非常吻合的。 由行星变为恒星的过程是非常缓慢的，至少要几十亿年时间。其亮度的增加也是非常缓慢的，同样至少要几十亿年时间。短期内人们很难发觉。因此，所有星体都在不断地生成、长大和消亡。而分布在空间中各向同性地高速运动的暗物质就成了星体的演化的主要动力。这是人们迄今为止所没有认识到的。 其实，有岩石圈的星体从太阳吸收的能量和辐射的能量平衡后，其内部多余的能量除了进行地质演化外，其余的全部用来熔化岩石圈。当岩石圈熔化消失后，它们就会变成类木行星。由于再也没有需要熔化的岩石圈了，其辐射的能量就会大于从太阳吸收的能量。 由于地球的质量以指数形式不断地增加，它俘获暗物质进行热核反应的能力越来越大。这种过程开始是很缓慢的，后来就会越来越快。显然，地壳由于逐渐熔融会越来越薄，其变薄速度也会越来越快。一个非常严峻的问题就摆到我们面前：人类赖以生存的地壳还能存在多久？ 因为地壳厚度只占地球半径的0.5％，如果地壳熔融的速度是均匀的，地壳存在的时间必然等于地球年龄（公认为46亿年左右）的0.5％，大约是二千五百万年。当然，如果地壳熔融的速度在减小或增大，地壳存在的时间则会大于或小于二千五百万年。地壳还能存在的时间和人类的历史相比虽然是较长的，但跟地球的年龄相比则是很短的了。当然，这只是一种估计。 十、问题讨论 1、地球膨胀问题 1968年，勒皮雄根据中脊走向和扩张速度的分布情况，驳斥了地球膨胀这种中间学说。从中脊的走向来看，大洋中脊多数是近南北向的，很少呈东西走向，可见，东西向的扩张量远大于南北向扩张量。而大西洋和北太平洋的扩张赤道很相近，这里的扩张量比别处又要大得多。这样，如果这些扩张果真是地球膨胀引起的话，那么1000万年来的扩张即能引起地球不同方向半径相差500公里。这样，地球将膨胀成为一种奇特的形状，它绝对不可能保持现在这样近似的球形。 地球膨胀说还有其他一些漏洞。前不久有人运用古地磁极和古纬线位置的资料，计算古时候地球的半径，得出的结果与目前的地球半径相差很小。 其实，勒皮雄的驳斥是没有道理的。因为造成地球膨胀的是新生成的氢、氧、氮和水，肯定不可能是新生成了岩浆，它们膨胀出来后不过是气体和液体，怎么会影响地球的形状？相反，正好是地球的膨胀能正确地解释当今地球的形状。 大洋中脊多数是近南北向的，很少呈东西走向，可见，东西向的扩张量远大于南北向扩张量。如果的确是这样，地球的赤道半径就应大于极半径。事实上正是如此。1980年，国际大地测量和地球物理学会公布：地球的赤道半径为6378.137km，地球的极半径为6356.752km，赤道半径比极半径大21.385km。 进一步的观察，我们就会发现，向北漂移的大陆比向南漂移的要多。因此，地球的几何中心不在赤道平面，而应偏北。同时北半球应较细长，南半球较粗短。事实上也正是如此，地球北极半径比南极半径约长40m左右。 可以认为地壳的体积是基本不变的。在大洋中脊处板块的张开，势必由某种地球表面的消失或压缩所补偿。也就是说，在全球范围内，分离型边界板块的增生必定为汇聚型边界板块的消亡或压缩所补偿。 地球是否膨胀不能仅从轫道参数的变化来判断，因为影响轫道参数的因素太多了。 如果地球在收缩，那么为什么比地球大的类木行星没有一个在收缩？它们经过几十亿年的收缩，为什么至今还没有一个固体的外壳？当然，我们不反对地球在某一时期或某一局部位置是收缩的，但是从整体上来看，地球的确是在不断地膨胀着的。 2、行星和卫星内部核反应问题 3、火星上存在过水的问题 1971年发射成功的“水手9号”火星探测器发现在火星上有许多蜿蜒的河床。这些大河床主要分布在火星赤道地区，最大的河床长达1500公里，宽60公里以上。它们与众多的分支流结合在一起，形成脉络分明、自然流畅的水道系统，那些分支流都无例外地朝着大河床的下游方向流去。显然，这些大河床是由水的冲刷作用形成的。 人们普遍认为，过去火星表面显然存在过水，因为许多地方曾受到水的侵蚀。甚至可能有过大湖和海洋，但是这些大湖和海洋看来只存在不长的时间。 最近，NASA先后宣布两个火星探测器“机遇”号和“勇气号”发现了火星曾经存在水的证据。 今年2月4日，在帕萨迪纳喷气推进中心的地面指挥中心，科学家宣布“机遇”号在火星表面发现了一种非同寻常的“混合物质”，这种混合物质是由土壤、沙粒和一些很圆的卵石组成。 一位来自田纳西大学的地质学家表示，只有在有限的几种条件下，卵石才可能这样圆，其中一种可能就是在湖底或海底，当细腻的物质不断在湖床上滚动，就会不断积淀成层并变大。这样圆的石头叫鱼卵石。如果“机遇”号发回的照片中的圆形卵石能被证明就是鱼卵石，那就能强有力地证明，目前贫瘠的火星表面曾经存在过大量的水。科学家还期望能发现一些破裂的卵石。如果是鱼卵石，它的内部就会有同心圆形的层次。 机遇号找到火星上曾经有水的证据从而轰动世界后，在火星另一侧的勇气号也不甘落后，终于抓住机遇，也找到了火星上曾经有水的证据。NASA的两位科学家说，勇气号是在古塞夫坑一块被命名为“汉弗莱”的大约60厘米高的岩石上找到火星上曾经有水的证据的。勇气号对这块岩石进行研究后发现，尽管它是一块火山岩，但它在过去某个时候显然被水浸泡过，因为一些矿物质在其内部结成了晶体。 负责勇气号探索任务的副调查员拉伊·阿维德森在帕萨迪纳美国宇航局喷气推进实验室举行的新闻发布会上表示：“我们并不是说在那里找到了大量的水，但勇气号找到的证据说明火星是一个不断变化的星球，过去是有水的。” 当然，在“汉弗莱”岩石上看到的这些矿物质形成所需要的水量根本无法同火星梅里迪亚尼平原上过去曾有过的水量相比。机遇号在梅里迪亚尼平原的岩石上发现的大量证据显示，这些岩石过去被水浸泡过，这说明这一地区过去存在过大量的水。 “火星上确实曾经有水存在。”南京地质矿产研究所科技开发部的朱云鹤博士明确地向人们表明这一事实。他指出这可以从三个方面来证明。首先，照片中的火星岩石中存在着孔隙，岩石上孔隙一般的成因是：当其浸泡在咸水中时，矿物盐晶体会逐渐在岩石内部生长，从而形成晶蔟。这些晶蔟溶解后，会在岩石内留下这样的孔隙。孔隙的存在能证明曾经有水。其次，美国宇航局在对岩石分析中发现得出，这些岩石里有大量的硫以硫酸盐的形式存在，这些物质只有在液态水的条件下才会形成，进一步证明了岩石过去曾浸泡在水中。其中含有的赤铁矿(三氧化二铁)也表明其曾存在于含水条件、氧化环境的条件之下，这里很有可能以前是一种酸性湖泊环境。最后，这些岩层结构层层分明、属于“交错层”，这通常只会在水或者风的作用下才会形成。 火星表面既有河床，又有被水浸泡过的岩石，火星上曾经有水的结论应是毫无疑问的了。问题是火星上的水从何而来，又去向何方了呢？ 我认为早期的火星由于某种原因引发了碳——氮——氧循环核反应，放出大量的热，使其赤道温度升高到0℃以上，并象地球一样生成了许多水。由于某种原因，后来这种核反应停止了，温度也就降低了，水逃逸到大空中致使河流枯竭了。因此类地行星和卫星内的核反应是不稳定的。 4、万有引力的起源问题 法国科学家乔治.利萨如在万有引力的实质问题上就表示了如下看法。 他认为，物体的万有引力是由看不见的微小粒子——一种充满着空间的“超粒子”对物体的碰撞结果。具体地，物体从四面八方遭受到这些看不见的粒子大量撞击。倘若宇宙间只有一个物体，它受到来自各方的推力互相均衡，就保持静止。但在有两个物体的情况下，其中的每一个便变得象掩护另一个的挡箭牌那样。在彼此面对的表面上撞击必然较少，而在朝外的表面上，撞击则开始占有优势，于是均衡受到破坏，两个物体便被推向靠拢。这就是万有引力的起因。 这一机制是非常合理的，进一步深入讨论下去可证明万有引力定律。 在天文学上，人们根据光度定出的质量总比根据力学定出的质量要小得多。因此，一定存在着大量有力学效果而不发光的暗物质。例如，根据星系周围的物质转动曲线，发现宇宙大尺度范围内存在暗物质。计算表明，银河系的总质量至少比光学区的质量大10倍，即银河系的质量中至少有90%是属于暗物质。假设从地球周围，一直延伸到很远的空间中各向同性地分布着许多非常小的粒子，它们是以很高的速度作直线运动的暗物质，能与原子核和电子发生碰撞。虽然目前还不能直接探测到这些暗物质，但是这些暗物质对物体的碰撞还是会显露出来。 设O为一质点，其质量为m1；ds为一面积元，质量为m2，与质点O的距离为ｒ。质点O与ds保持静止，ds对O所张立体角为dW 。 取ds为研究对象。首先，不通过ds的粒子，对ds没有作用；其次仅通过ds而不通过O的粒子对ds的碰撞而产生的合力为零。这是因为空间粒子运动的各向同性的缘故。剩下来需要考虑的只有那些既通过质点O又通过ds的粒子了。它们被限制在dW 内，且仅有两种相反的运动方向：即由质点O运动到ds及由ds运动到质点O。从上述两个方向进入ds的粒子是有区别的：由于质点O对粒子的反射、散射与阻碍作用，从ds左边进入的粒子数比从右边进入的要少，平 均 速度也要小。这样 ， 左边粒子对ds的碰撞力f1将小于右边粒子对ds的碰撞力f2，总的效果使得ds受到一个指向质点O的合力F： F = f2－f1 F就是ds所受的万有引力。 显然，ds所受的万引力的大小与质点O对空间粒子的反射、散射及阻碍作用有关。这些作用实质上是空间粒子与质点O中的许多原子核发生碰撞而引起。质点O所含的原子越多，对空间粒子的反射、散射和阻碍作用越强，从而使得从两边进入ds的粒子的数量和平均速度的差别也越大，ds所受的万有引力当然就越大。因此，万有引力F与质点O的质量m1成正比。 与质点O相距为r的球面面积为4πr的平方，单位时间里径向进、出该球面的粒子面密度分别为：k =4πr的平方与k1= N1/4πr的平方。因为N、N1为常数，故进、出质点O的粒子的面密度k、k1与r的平方成反比。 粒子的面密度越大，单位时间里，从ds两边与ds碰撞的粒子就越多，ds所受的万有引力也越大。因此，ds所受的万有引力与粒子面密度成正比，从而与r的平方成反比。 同时，ds的质量越大，其所包含的原子核也越多，从ds两边与ds碰撞的粒子也越多，ds所受的万有引力也越大。因此，F又与m2成正比。于是 根据以上的讨论，就有这样的结论：ds所受的万有引力F与m1和m2成正比，与的平方成反比。如果把ds无限缩小而成为一个质点，就得到两质点间的万有引力公式。 由此可知，万有引力不是物体的固有属性，一个物体并没有吸引另一个物体的特殊本领。它是空间粒子对二个以上物体的碰撞产生的综合结果。因此，万有引力起源于暗物质对物体的碰撞。 万有引力的这一起源会使爱因斯坦的广义相对论全面崩溃。但是万有引力的这一起源同星体内部的动力来源一样，需要一个人们至今尚未确认的暗物质粒子——“超粒子”的存在。 5、物体高速运动问题 狭义相对论认为，物体的速度越大其质量也越大。如用 m0表示静止质量，有以下公式：m=m0/[u2/(1-u2/c2)的平方根] 这一公式被作为牛顿定律不适用于高速运动的证据。物体的速度越大其质量也越大这一结论似乎与某些试验的结果相吻合。 我们认为造成这一结果有另外的原因，其理由如下： 我们今天所谓的“真空”，充其量只不过是所含的分子和基本粒子比较稀薄罢了。其实“真空”中含有各种各样的高速运动的微观粒子，可能有比电子层次更小的微观粒子。这些粒子的运动是各向同性的。不过由于其极小，穿透能力极强至今未被发现。 其实它们就是所谓的暗物质。 当物体处于静止状态时，由于各向同性的缘故，所受的合力为零。当物体运动起来后，各向同性被破坏，前方粒子的相对速度比后方大，相同时间里从前方进入的粒子也比后方的多。而且物体运动速度越大，这两种差别也越大。考虑到物体和粒子的碰撞，物体会受到阻力。很明显，物体运动速度越快，这种阻力也越大。就象一艘船在水中航行一样。因此，并不是牛顿定律在高速运动时不适用，而是我们没有考虑到物体因高速运动而产生的阻力。在狭义相对论里引入的“质量增加”的假设，在某种程度上充当了这种阻力的脚色。 因为物体的速度越大其质量也越大，等效于物体的速度越大其惯性力也越大，即是产生同样的加速度，需要更大的力去推动它。说成其受到的阻力越大则更为简单。因此在物体作高速运动时，根据相对论对某些力学量的计算比牛顿力学的计算更符合实际就毫不奇怪了。 我认为：物质不灭，物质的质量与其运动速度是无关的。但在其作高速运动时必须考虑到空间存在的暗物质。如此说来，暗物质的存在就要威胁到狭义相对论了。我们在上次讨论中已经提出，暗物质的存在会产生万有引力而使广义相对论彻底崩溃，因此暗物质的存在将是整个相对论的克星。 世界是由明物质和暗物质组成的，人们能够看到和碰到的明物质只有很少几个层次，它比暗物质要少得多。意识不到暗物质的存在就不是一个彻底的唯物主义者。相对论是没有意识到暗物质存在的，它必然是唯心的。尽管相对论出尽了风头，目前大多数人对它坚信不疑，但只要是唯心的东西，终究逃脱不了灭亡的命运。还有什么“弦”的也是如此。 6、大陆消亡了，人类怎么办？ 总而言之，大陆不仅是飘移的问题，它最终一定会消亡。从大陆飘移到大陆消亡，这是一条不以人们意志为转移的客观规律。地壳消亡了，人类怎么办？星球迁移是一种选择。要把一个星球改造成有水有氧有食物适合人类生活的环境，这一过程一定是长期的，还必须赶在大陆消亡前完成。因此，太空移居就成了人类继续生存和发展的当务之急。 月球是离我们最近的天体。虽然月球上没有空气和水，但人类完全有能力在月球上建立一些封闭的生活区，在月球上制造水，栽种植物，饲养家畜。由于月球上没有大气的阻挡，太阳能就成为取之不尽用之不竭的能源。 除月球以外，美国波士顿大学的奥尔尼提出在地月系的拉格朗日点上建成立人造宇宙生活圈的设想。所谓拉格朗日点是地月系中的力学平衡点，它们相对地月坐标系的速度为零。因此建在这些点上的宇宙生活圈相对于地球和月球的距离保持不变。地月系的拉格朗日点一共有五个，其中三个在地月的连线上，另外两个与地球月球组成等边三角形。 奥尔尼设想的生活圈为圆形巨管。按大小共分四型，直径从0.2公里到6.4 公里，长度从1公里到32公里，可容纳人口从1万到2000万人。圆管的自旋使生活区具有地球相同的重力，气压和气温也按地球的标准控制。生产区以卫星的形式分布在生活区的周围，使生活区免受污染。他认为建造宇宙生活圈的材料大部分可从月球开采，在月球和生活圈都可以建成立强大的太阳能电站作为能源。 奥尔尼设想的生活圈是不安全的，万一被陨石砸中怎么办？看来还是搬到火星上去好一些。首先想办法给火星内部的碳——氮——氧循环核反应点火，使其自行生成水和氧，然后才搬过去。 其实，到了那个时候，人类也许可以将生命克隆成 “生命孢子”，用超光火箭发射到宇宙中去，当这些“生命孢子”遇到合适的环境就会重新开出一朵朵灿烂的生命之花来。 即使大陆消亡了，人类决不会灭亡。 |