地球存在至今的五大未解之谜，自地球诞生以来从来不缺少谜团

地球是我们称之为“家园”的地方，但地球有许多未解之谜令我们困惑：地球是如何从一片尘埃云中诞生的，地球是如何孕育出丰富多样的生命的，地球深处的地心正在发生着什么……科学家从多角度出发，探讨和揭示美丽而神秘的地球混沌初开时的奥秘。

1地球为何拥有许多适宜生命生存的有利条件?

纵观太阳系，八大行星似乎来自宇宙中的不同角落，其实它们都是从45亿年前围绕太阳的一团气体尘埃云中诞生的。巨大的引力将气体尘埃云聚拢在一起，气体尘埃云尘粒在互相碰撞彼此粘附的过程中形成更大的团块，产生更大的引力场，团块不断碰撞合并，最后形成了我们今天所知道的太阳系八大行星。

可是，在太阳系八大行星中，为什么只有地球成为独一无二适合生命存在的星球呢?我们知道，地球离太阳的距离正好能给地球提供适合生命生存的光和热，但只有这一点是不够的，如果没有碳、氢、氮、氧、磷和硫等化学元素的独特“配方”，没有地球表面的液态水，我们所了解的地球生命形式是无法形成的。从化学的角度看，地球显然比其他几大行星更适合生命的诞生和生存。那么，为什么地球会拥有这些得天独厚的条件呢?

现在我们已无法探知太阳系诞生时的详情。地球上的岩石经过无数次的挤压、融熔和风化等作用，早已失去了当时形成过程的任何线索。太阳系的其他行星与地球在同一时期形成，但它们遥不可及，而且也基本上没有经历如地球这样的巨变。陨石或许是我们了解它们的最好希望，但要研究陨石，我们只能等待天降陨石。

还有一个问题：地球是如何获得生命之源的水的?地球在形成之初与太阳的距离很近，气体中的水分大多都被蒸发了，即使有部分水保存了下来，也在形成月亮的巨大碰撞中蒸发殆尽。关于地球之水的最流行的解释是，水是以后来到地球上的。在40亿年前的被称为“后期大规模碰撞”时期里，星际物质大撞击中含有冰态物质的彗星给地球带来了大量的水。不过，迄至今日还没有强有力的证据来证明这一点。

显然，我们需要用新的眼光去探索行星形成之谜。欧洲宇航局的“赫歇尔”太空望远镜的镜面是哈勃太空望远镜的一倍半大，利用其红外探测器可探测到太空深处的尘埃云，也许人类有机会前所未有地看到像地球这样幸运的新的行星诞生的过程。

2在地球的“黑暗时代”究竟发生了什么?

科学家相信大约45.3亿年前是地球最古老岩石的形成时期，他们称之为“冥古代”，即地质学上的“黑暗时代”。刚诞生不久的地球开始沿着固定的轨道绕太阳运转。之后，一场大灾难发生了。一块如火星般大的天体撞击了地球，被撞飞的那部分“碎片”形成了月亮，撞击的巨大能量产生的高温足以熔化地球表面的一切，抹去了地球形成之初的地质而貌，也因此造成了我们对地球形成之初5亿年问这段历史认识的一段空白。

普遍认同的观点是，太阳系的“时间零点”开始于45.67亿年前，到大约45.5亿年前，65％的地球物质已经形成并聚拢在一起。又过了大约2000万年，横冲直撞的天体物质令汽化硅进入大气层，冷凝后的熔岩雨降落地面，以每天大约1米的速度堆积成熔岩之海，地球的中心呈融熔状态，表面渐渐变成坚固的岩石。

然而，今天地球地壳的岩石几乎完全由不超过36亿年的年轻岩石构成。地球形成之初的踪迹几乎已经无迹可寻，遗留下来的大约只占地壳岩石1％的古老岩石也因高温高压作用而不复其原始模样，所幸，有一种叫做“锆石”的残留下来的微小结晶物质为我们留下了些许线索。

在澳大利亚西部杰克山发现的锆石是迄今为止发现的最古老的地壳碎片，由极耐侵蚀的硅酸锆结晶构成，并含有高浓度的铀，因此可用放射性年代测定法确定其年龄。虽然人们是在非常年轻的岩石中发现它们的，但它们的年代却可追溯到40亿年之前。

锆石也无法准确告诉我们融熔状态的地球在冷却时的情形，但其中的含氧成分却表明它们是在水中形成的，这说明地球上的海洋在40亿年前就已经形成了。这引起了另一个问题：海洋的形成需要有坚实的海床，这部分地壳是什么样的呢?至今没有明确的答案，也许关于地球冥古代的一切都不复存在。这让我们略感失望，但这本身也许是一条线索：地球的板块构造运动在那时也许非常激烈。

还有两种方式可以让我们对地球冥古代有更多的了解：对古老岩石和矿物的研究，以及日益改善的微量分析法。 这样永远失去了水，失去了控制金星气候温度的“恒温器”。

火星则因体积太小而无法维持其“恒温器”。由于体积太小，火星相对较弱的地心引力很难留住大气层中含有热量的气体。而火星的表面积与体积之比大于地球，其核心迅速冷却，遏制了地质板块构造运动，从而阻断了令火星保持温暖的二氧化碳的来源。

除此之外，月亮对地球保持适宜的居住环境也起到了某种附加作用，并有助于抑制地轴大幅度倾斜引起的颤动，因为即使是幅度很小的颤动，也足以引发地球冰河期。

地球生命对地球气候也起到了一定的作用。许多海洋有机生命利用海洋中溶解的二氧化碳来构筑它们的外骨骼和碳酸钙外壳。这些有机生物死后沉到海底，经历无数年代形成新的富含碳的岩石。如果大气中二氧化碳升高，这一过程就会加速，更多的二氧化碳被吸纳到海洋里，使得大气中二氧化碳越来越少，温度下降。

当然，今天人类的活动也介入了这一过程。因人类燃烧化石燃料而引起的气候变化可以延续数百万年之久。当人类消失之后，地球固有的天然“恒温器”想必会重新恢复正常(不过，这一点还无法得到确认)。金星和火星也曾经有过适宜居住的环境，也许我们应该以金星和火星的历史引以为戒，小心呵护大自然慷慨赋予我们美丽星球的“恒温器”。

3我们能预测地震和火山爆发吗?

我们生活在一个经常蠢动不安的由构造板块构成的星球上，火山爆发和地震活动就是看得见的证据。由于大多数断层和火山都分布在板块边界处，预测世界上哪些地方是火山爆发和地震活动多发地区，相对来说还是比较容易的。遗憾的是，对于居住在这些地区的人们来说，要预测它们何时发生却要复杂得多。

长期地震预报是建立在对以往地震史研究的基础上的，所以问题不是很大。比如，生活在旧金山海湾地区的人，在未来30年里再经历一次大地震的可能性为62％。在地震前几秒钟发出地震警报，目前已成为可能。日本最近就启用了这样的地震预警系统，它的意义在于能够给予人们足够的时间跑出建筑物，或者找到藏身处，或者就地躲在桌子底下得到保护。

这类措施无疑起到了保护生命拯救生命的重要作用，但如果能够提前几周或几天发出地震预报，将最具风险地区的人员及时疏散，其意义将更为重大，只是目前还很难做到这一点。

用来预测地震的主流方法，是通过模型来测算某个断层的应力应变，这种估算建立在上一次断层活动以及卫星对地面移动情况测量的基础上。一些研究人员认为，在一些大地震发生之前，地球大气层边缘会出现电子干扰，他们认为这可以作为地震的一种先兆。该理论认为，导致一场地震的应力变化会加大对岩石的压力，感生电流，诱发氡气体的释放，或使地表温度产生变化，最终影响到地球的磁场，而磁场变化是可通过卫星检测到的。地震之前在断层上方出现的奇怪云层也被有些人看作是一种可能的地震预警信号。

精确预测地震还有很长的一段路要走，但预测火山何时爆发却正在成为可能。一些在火山爆发前成功撤离人员的例子要归功于近年来火山爆发预测技术的长足进步。例如1991年6月菲律宾皮纳图博火山爆发之前三个月，科学家就检测到了火山爆发前的一些预兆。先是在火山侧翼检测到了震颤现象，没过多久，火山开始冒出蒸汽并喷吐云雾状的火山灰。随着火山前兆活动的加剧，使政府果断发出撤离人员的命令，6万人安全转移，及时的预警挽救了成千上万人的生命。

并非所有的火山都有如此明确的预兆，但一些较细微的征兆也有可能被用于火山爆发预测。科学家曾利用海洋声波的微妙变化成功预测了印度洋留尼汪岛上富尔奈斯火山的爆发。科学家在监测海底低频地震波时注意到，当火山即将爆发前，声波穿越岩浆房的速度明显慢了下来。当地人在火山爆发前几天得到了警报，得以及时安全撤离。

密切注意观察天气变化也有助于预测火山爆发。阿拉斯加半岛上的巴甫洛夫火山在秋冬两季更显活跃。一种解释是，这段时期的暴雨暴雪导致火山周围的水位上升，像挤牙膏一样将岩浆往上挤出来。气候变化也可能会产生类似的影响：融化的冰块和上升的海平面改变地震断层处和沿海火山侧翼的负荷，更容易引发地震和火山爆发。

科学家预测，下一次超级火山大爆发将会是灾难性的，发生在大约75000年前的最近一次火山大爆发使整个地球陷入了长达几个世纪的“火山冬天”，使当时的地球人口减少了60％。

火山大爆发每隔几十万年发生一次，所以我们知道下一次火山大爆发可能为期不远。美国黄石公园的“超级火山”可能在不远的将来爆发，目前处于休眠状态的意大利维苏威火山也可能随时再次张开它的“大口”。这两座火山目前都处于科学家的严密监测之下，但没有人能确切知道它们究竟在何时爆发，也许这并不是什么坏事，因为即使我们知道，我们也无法阻止。

在月亮和火星上发现的矿物也有可能揭示地球灾难性大撞击之前的状态，因为月亮正是那次大碰撞的产物。与地球不同的是，月亮和火星都没有经历过融熔过程，所以在月亮或火星表面找到真正古老岩石的希望还是很大的，我们甚至还有可能在那上面找到因小行星袭击而撞飞到火星或月亮上的地球冥古代时期的小块碎片。

4地球早期的生命来自哪里?

早期地球的线索已经难觅踪迹，这个问题似乎很难找到确定的答案。

迄自今日，关于生命起源的最早线索来自38亿年前的沉积岩，这些岩石是在上世纪90年代在格陵兰西部被发现的，岩石中碳的重同位素比例特别低，这可能是有微生物活动存在的征兆，因为较轻的同位素更容易穿过细胞壁，聚集在微生物活跃之处。

这些岩石是在地球经历月球形成那次天外小行星大撞击之后形成的。

那时原始的海洋和大陆正在形成，但这一过程经常被较大的小行星撞击地球令海洋沸腾而打断。达尔文曾如此设想，生命是在一个“温暖的小池塘”中诞生的。事实上，那儿乎是一个热气腾腾的“盐水大汽锅”，是一个与我们如今所生存的地球完全不同的环境。

地球生命起源之初的地球环境如今已不复存在，不过在今天的海底热液喷口周围，拥有一个与早期地球环境类似的热泉生态环境。在那里，地质活动十分活跃，滚烫的海底间歇泉水源源不断地从海底涌出，注入海洋。在这样的生态环境中孕育了大量的微生物。令人吃惊的是，许多微生物仍然呈现非常原始的新陈代谢方式，它们都不依靠阳光获取能量。那么这些海底热液喷口是否就是地球生命的发源地，或是早期地球生命的“天堂”呢?目前仍然是一个未解之谜。

地球生命起源的另一个未解之谜是：究竟是什么促使无生命的化学物质结合在一起形成了有生命的有机体?这个问题让我们陷入了一个“先有鸡还是先有蛋”的困境：DNA需要蛋白质才能正常工作，然而蛋白质的基因蓝图却是由DNA决定的。谁能解开这个孰先孰后之谜?目前最可信的答案是，两者是通过简单的化学反应同时获得进化的。但如果真是这样，要探索早期微生物如何跨过从化学物质到有机生命这道坎的奥秘将更为困难。

地质学家将眼光转向火星以寻求答案。火星上没有板块构造活动，不会对行星早期历史留下的证据造成破坏，在火星的沉积岩上记载的历史可一直追溯到地球生命起源之时。

科学家希望，与地球不同的是，火星上的岩石能够保存生命出现之前化学现象的一些记录。他们甚至还希望，在火星上有可能留有生命起源重大事件的 遗迹，而当时产生的生命形式可能还隐藏在这颗红色行星的某个地方。

5地球为何存在板块构造活动?

如果没有地球的板块构造活动，我们的地球将与现在完全不同。地球地壳持续不断周而复始的循环活动给我们提供了稳定的气候条件、丰富的矿产资源和石油储藏，并使海洋拥有了能维持生命的化学物质的平衡。每隔几亿年，地球板块构造活动甚至还对生命进化过程产生某种推动和促进的力量。

地球是目前我们所知拥有板块构造运动的唯一行星。科学家的模型实验表明，大小适中的行星才能拥有板块构造活动，太小则其岩石圈(地壳和上层地幔的固体部分)会过于厚重，太大则其强大的引力场会将所有的板块挤压在一起，无法动弹。还有其他一些条件也必须适中，比如构成行星的岩石不能太冷也不能太热，不能太湖也不能太干。

即使这些条件都具备，还有一个不可缺少的关键因素，那就是各板块的碰撞应该呈现这样一种模式，即一个板块在碰撞中被挤到另一个板块之下，这一过程被称为“俯冲”，在许多海洋盆地的边缘，海底板块冲入浮力更大的大陆地壳之下，沉入地幔之中。

早期地球比现在要温暖得多，它的外层不是脆弱的地壳，而是覆盖着一层黏稠的物质，最早的一些裂缝可能就是在那时出现的，但计算机模拟地壳裂缝自行出现均未获成功。一种可能的解释是：第一个炽热的地幔热柱从地下往上打开了地壳的第一个缺口，也许是一颗小行星或彗星撞击成为触发因素，形成了一连串的连锁反应，建立起了地球板块构造的第一次活动。

另一个未解之谜是：最早的板块运动产生于何时?由于海底俯冲带的板块构造活动，大洋中脊产生后的2亿年以来，海底俯冲带的地壳屡遭破坏，几乎没有留下当初的任何痕迹。不过，在海洋地壳未遭俯冲运动破坏的地方却可以提供一些线索。远古海洋地壳留下来的蛇绿岩碎片可窥部分端倪，它在俯冲带被推到大陆地壳之上而不是之下的地幔中。最近科学家对来自格陵兰的一块有着38亿年历史的蛇绿岩样本进行了研究，它是最早的地质板块构造运动留下来的遗迹。

无论板块构造运动始于何时，从那以后它就不断地重塑地球表面地形地貌，这一过程使水、碳和氮得到循环，创造了适合生命生存的理想环境。这一过程还在地球上生成了丰富的石油、天然气和其他各种矿产资源。火山活动将二氧化碳喷入大气层，板块之间的互相碰撞碾磨维持着适宜生命生存的气候条件。

板块构造运动让大海变桑田，桑田变大海；让大地隆起变成山脉，让大地陷落成为深谷；让世界各大陆分分合合——每隔5亿年至7亿年，地质板块构造运动就将世界各大陆合在一起形成一个超级大陆，距离现在最近的一次超级大陆在地质学上被称为“泛古陆”，

存在于2.5亿年之前。按此推算，大约再过2.5亿年，板块的冲撞运动又会将如今的世界各大陆重新合而为一。当超级大陆渐渐分崩离析之时，大陆被分开的地方形成浅海，进化获得了超速的推动力量，许多新物种开始出现并占领新的栖息地。

终有一天，地球岩石圈的运行机制会失灵，地球将渐渐冷却下来，地幔内炽热熔岩的对流运动将越来越弱，直至再无力推动地球板块。没有人能确切知道地球板块构造运动还会持续多久。或者说，没有人能确切知道地球板块构造运动是否会在地球被太阳吞没之前就停下来。

对于这一点，我们不必过于担心，因为当这些事情发生之时，人类很可能已经成为地球历史的遥远记忆了。

6地球的中心是什么?

一个字：铁。当然，事情并非如此简单。地球中心是什么样?又是如何形成的?还有很多未解之谜。

迄今所知的是，地球的核心从地底下2890千米处开始，地核直径为6800千米，由内外两层构成，外层是熔融态的铁，内层为固态的铁。地核的大小和月球差不多，其组成部分为镍和铁。地球并非从一开始就这样，在形成之初，它只是无明显层次结构的一大团混沌，渐渐地，一些较重的物质，主要是铁，还有一小部分是镍，沉到了地球中心形成了地核。

地核何时形成?如何形成?至今仍然众说纷纭，没有确切的定论。一种意见认为地核是在一次向中心崩塌的过程中骤然形成的，还有一些意见认为铁是逐渐向地心方向渗透下去的。

对来自地球深处的火山熔岩进行的同位素年代测定表明，地核形成于地球年龄3000万年至1亿年之间。35亿年前，地心中液态铁的旋转运动建立起了巨大的地球磁场。之后，在大约15亿年前，地核中心冷却形成固体的地心内核。

地核的一个谜团已在最近被揭开。虽然人们早已知道地震波穿越地球东侧地核的速度快于西侧，但却不知其所以然。现如今科学家通过模拟实验得知，这很有可能是由于液态铁在地核核心外层产生的旋涡流造成的，旋涡流将与地幔接壤的边界处的冷态物质往下拉扯，粘附到固态的地核内层。在过去3亿年里，大部分铁涡流部位于亚洲地底下，从而造成地核内层东侧比西侧膨大100千米。

这有可能会对由地核外层的对流所形成的地球磁场产生影响。一些研究人员认为，地核内层膨大引起的紊流扰动，会使磁场产生不稳定，并有可能引起地球南北磁极互换位置。如果发生这种情况(这种情况在过去曾发生过)，地球会暂时失去磁场保护，受到太阳粒子流即太阳风的影响。太阳风会使计算机系统陷于瘫痪，地球生命受到伤害。那么，下一次南北磁极易位将会在何时发生?没有人能够预测。

7地球气候为何如此稳定?

地球并非太阳系唯一有水的行星，水星和金星在初始阶段似乎也有过水，但随着其他环境条件的变化，这两个星球都失去了曾经有过的海洋。那么，地球是如何避免类似厄运的呢?

地球的气候条件可以说是出奇的稳定，在40亿年的时间里，始终保持在一个可容生命生存的狭窄变化范围内。地球气候如此稳定的关键可能在于板块构造运动、二氧化碳和海洋之间的相互作用。

这种相互作用的循环过程是这样进行的：火山爆发向大气层喷发大量二氧化碳，使地球保持温暖；温室效应令海水蒸发，形成云和雨，雨水中含有溶解的二氧化碳；呈微酸性的雨水与地面岩石发生作用，使含碳的矿物质溶解到水中；水流人海洋。矿物质在海底沉积起来，最终在海床上形成新的含碳岩石；由于板块构造运动，这些岩石或迟或早都会进入俯冲带；地热使二氧化碳从岩石中逸出，并通过火山活动重新返回大气层。这一循环过程起到了极其有效的“恒温器”作用。当地球变暖时，降雨增多，加快了二氧化碳减少和全球温度下降的速度；当地球变冷时，降雨减少，火山气体在大气层中积聚起来，地球就变得温暖起来。

金星和火星在早期可能也曾有过与地球相似的“恒温器”。

但是，金星离太阳太近，极度的高热使得它的“恒温器”不堪重负。在雨水降落到地面之前，温度较高的大气层比温度较低的大气层能够容纳更多的水，水蒸气起着温室气体的作用，使星球变得更热。如此循环往复，温度越来越高，直至最后，金星上的海水被蒸发殆尽。与此同时，金星大气层高处的太阳辐射将水分解为氢和氧，较轻的氢原子逃逸到太空中，金星就