地球起源,地球物理學(xué)的基本課題之一,它探討地球的形成,即在什么時(shí)候,由什么物質(zhì),以什么方式,經(jīng)歷什么過(guò)程才形成的。
地球是太陽(yáng)系的一員,它的起源和太陽(yáng)系的起源基本是一個(gè)問(wèn)題。由于人類(lèi)定居在地球上,對它的了解比對其他星體的了解要詳細得多,因此研究地球起源問(wèn)題,資料也最豐富。研究地球的起源不僅由于它的哲學(xué)意義,也由于地學(xué)中許多重要現象的根本原因都要到地球的形成過(guò)程中去尋求答案。例如:地球內部的構造和能源分別,地震的成因,等等。
早期假說(shuō)
主要分兩大派。一派認為太陽(yáng)系是由一團旋轉的高溫氣體逐漸冷卻凝固而成的,稱(chēng)為漸變派,以 康德(1755)和拉普拉斯(1796)為代表。另一派認為太陽(yáng)系是由 2個(gè)或 3個(gè)恒星發(fā)生碰撞或近距離吸引而產(chǎn)生的,稱(chēng)為災變派。這派的代表最早是布豐(1745),以后是張伯倫和摩耳頓,還有金斯(1916)和杰弗里斯(1918)等人。早期的地球起源假說(shuō)主要是企圖解釋一些天文現象,如:
① 軌道規律性 大行星的軌道都幾近圓形,軌道平面和太陽(yáng)赤道面很接近。相似的情況也存在于有規律的衛星系。
② 兩類(lèi)行星 行星的性質(zhì)明顯地分成兩類(lèi):內行星(水、金、地、火)的質(zhì)量小、密度大、衛星少;外行星(木、土、天、海)的質(zhì)量大、密度小、衛星多。
③ 角動(dòng)量的分布 對太陽(yáng)系來(lái)說(shuō),太陽(yáng)的質(zhì)量占全系質(zhì)量的99%以上,但它的角動(dòng)量卻還不到全系的1%。以單位質(zhì)量所具有的角動(dòng)量而論,行星的比太陽(yáng)的大得多。通過(guò)怎樣一種作用才能使一個(gè)原來(lái)大致均勻的統一體系變成這樣一個(gè)系統,是太陽(yáng)系起源假說(shuō)所必須回答的問(wèn)題。
早期的兩派假說(shuō)各有許多變種,但都不能全部滿(mǎn)意地解釋上述的觀(guān)測事實(shí)。如拉普拉斯的星云假說(shuō)認為太陽(yáng)系起源于一團高溫、旋轉的氣體星云,因冷卻而收縮,所以越轉越快??斓揭欢ǔ潭群?,就由它的外緣拋出一個(gè)物質(zhì)環(huán)。星云繼續收縮,以后又可拋出一個(gè)物質(zhì)環(huán)。如此繼續,以后這些物質(zhì)環(huán)便都各自聚成行星。有規則的衛星系也是經(jīng)過(guò)類(lèi)似的過(guò)程形成的。這樣,太陽(yáng)系軌道的規律性便得到自然的解釋。無(wú)論這樣形成的物質(zhì)環(huán)能否聚成行星,但由計算表明,即使將所有行星現有的角動(dòng)量都轉移到太陽(yáng)上,太陽(yáng)所增加的角動(dòng)量也不足以使物質(zhì)從它表面上拋出去。另一方面,如果行星物質(zhì)來(lái)自太陽(yáng),它們單位質(zhì)量的角動(dòng)量應當和太陽(yáng)的差不多,但實(shí)際它們相差很大。
災變論者將一部分的角動(dòng)量歸因于另外一個(gè)恒星,從而繞過(guò)了行星角動(dòng)量過(guò)大的困難。在金斯和杰弗里斯的潮引假說(shuō)中,他們設想有另外一個(gè)恒星從太陽(yáng)旁邊掠過(guò)或發(fā)生邊緣碰撞,因而從太陽(yáng)吸引出一股物質(zhì)條帶,并同時(shí)給它一定的角動(dòng)量。恒星掠過(guò)后,這個(gè)條帶分裂成若干塊,以后各自成為行星。因為太陽(yáng)與恒星起初是互相接近,碰撞后又彼此分離,所以吸引出的條帶是兩頭小,中間大,并且它的物質(zhì)是來(lái)自太陽(yáng)的不同深處。這樣,這個(gè)假說(shuō)似乎可以解釋太陽(yáng)系的前兩個(gè)特點(diǎn),不過(guò)衛星系的產(chǎn)生就很難再采用同樣的辦法了。但這個(gè)假說(shuō)其實(shí)并未真正克服角動(dòng)量的困難。計算表明,恒星所能給與物質(zhì)條帶的角動(dòng)量遠不能將它拋到太陽(yáng)系的邊緣。即使這樣能產(chǎn)生行星,它們離太陽(yáng)最遠也不超過(guò)幾個(gè)太陽(yáng)半徑。此外,如果帶狀物質(zhì)是從太陽(yáng)內部引出來(lái)的,它的溫度可能不下于一千萬(wàn)度。它將像大爆炸一樣,很快向太空散去,不可能聚成行星。
關(guān)于地球起源的理論或假說(shuō),假說(shuō)認為地球是在太陽(yáng)系內形成的。依據形成地球的物質(zhì)來(lái)源分為三派:
A、分出說(shuō)也叫災變說(shuō)。在這一學(xué)派中,有的認為是另外一顆恒星碰到太陽(yáng),碰出了物質(zhì),這些碰出的物質(zhì)形成了行星。有的認為:太陽(yáng)曾經(jīng)出現過(guò)巨大規模的變動(dòng),例如太陽(yáng)的自轉快度變快,由一個(gè)恒星分裂為兩個(gè)恒星,后來(lái)因為某種原因,其中一個(gè)離開(kāi)了,離開(kāi)時(shí)所留下的物質(zhì)形成行星。
有的認為:太陽(yáng)原來(lái)是一對雙星,其中一顆子星被另外靠近的一顆大星拉走了或俘獲了。在子星被拉走或俘獲時(shí)所留下來(lái)的物質(zhì)形成了太陽(yáng)系的行星。
也有的認為:太陽(yáng)的伴星爆發(fā)成超新星,留下的物質(zhì)形成了行星。另外還有的觀(guān)點(diǎn)認為是太陽(yáng)自身拋射出來(lái)的物質(zhì)形成了行星。
B、俘獲說(shuō)。這一學(xué)派的共同看法認為是太陽(yáng)先形成的。太陽(yáng)形成后俘獲了周?chē)幕蛴钪婵臻g里的其它星際物質(zhì),而由這些物質(zhì)形成了行星。
C、共同形成說(shuō)。形形色色的各類(lèi)星云說(shuō)都是屬于這一學(xué)派。這一學(xué)派認為:太陽(yáng)系是由一個(gè)星云形成的。盡管各學(xué)者對太陽(yáng)系內的星球形成和自轉及公轉有各自的見(jiàn)解,但他們都共同認為太陽(yáng)系是由一個(gè)原始星云逐漸演化而形成的,或者說(shuō)形成行星的物質(zhì)來(lái)源于太陽(yáng)或與太陽(yáng)有關(guān)系的其它星球。
現代假說(shuō)
早期假說(shuō)屬于系內成因理論:認為繞太陽(yáng)運動(dòng)的行星等天體是在太陽(yáng)系內形成的,地球也是在太陽(yáng)系內形成的。
現代假說(shuō)屬于系外成因理論:認為繞太陽(yáng)運動(dòng)的行星等天體是在太陽(yáng)系外的宇宙空間形成的,當這些天體運動(dòng)到距離太陽(yáng)適合位置時(shí),被太陽(yáng)捕獲而成為繞太陽(yáng)運動(dòng)的天體。地球是在太陽(yáng)系外形成的,在距今5.4億年左右,被太陽(yáng)捕獲而成為繞太陽(yáng)運動(dòng)的行星。
地球被太陽(yáng)捕獲后,地球開(kāi)始有了陽(yáng)光,地質(zhì)時(shí)期進(jìn)入顯生宙,生物爆發(fā)式出現和發(fā)展,冰川融化,形成大量的生物碎屑灰巖等沉積建造。
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