地球發(fā)展史的撞擊災(zāi)變說
    地球的年齡大約是46億年。關(guān)于地球形成后的演變史，有均變說和災(zāi)變說兩種不同的觀點(diǎn)。均變說認(rèn)為一切地質(zhì)變化都可以用諸如侵蝕、沉積、火山爆發(fā)等我們熟知的物理和化學(xué)作用來解釋，并把地球作為孤立存在的世界來討論它的演變史。災(zāi)變說則認(rèn)為外部天體的撞擊作用是決不能忽略的，甚至對(duì)地球史起著某種決定性的作用。19世紀(jì)早期災(zāi)變說曾經(jīng)一度盛行，后來均變說漸占上風(fēng)，到19世紀(jì)中期災(zāi)變說在科學(xué)界已銷聲匿跡。當(dāng)時(shí)災(zāi)變說不受重視的最主要原因是人們習(xí)慣于從地球本身來尋找生物滅絕及大陸漂移等現(xiàn)象。
    20世紀(jì)60年代前后災(zāi)變說重新受到重視。1980年美國人明確提出，白堊紀(jì)和第三紀(jì)地層的截然分界是由于一顆10千米直徑的小行星以每秒40千米的速度猛烈撞擊地球而造成的：這一事件的威力足以使地球上的生物和地質(zhì)環(huán)境變得面目全非，造成全球性的災(zāi)變。撞擊事件的發(fā)生有兩種可能，即撞上陸地或擊中海洋。須知，這樣一次撞擊所釋放的能量相當(dāng)于地球上每平方千米爆炸一顆氫彈！
    陸地撞擊災(zāi)變效應(yīng)的相當(dāng)一部分來自劇烈的大氣擾動(dòng)。小行星以超聲速進(jìn)入大氣層時(shí)會(huì)形成激波，緊靠激波前沿后部的空氣受到高度壓縮而使局部空氣的溫度和壓力急劇上升，全球的平均風(fēng)速可達(dá)每小時(shí)1 500千米，空氣溫度升高到43℃。隨著撞擊而產(chǎn)生的灰和蒸汽會(huì)帶著250℃的溫度高高拋起，這對(duì)于一切生物都意味著死神的來臨。陸地撞擊發(fā)生時(shí)，在幾分鐘內(nèi)會(huì)形成一個(gè)直徑約為200千米的巨坑，同時(shí)拋出大約10萬立方千米的物質(zhì)，其中有許多以細(xì)塵形式出現(xiàn)，并很快傳播到地球的各個(gè)角落。這塊厚厚的塵埃幕布使陽光無法到達(dá)地面，時(shí)間可長達(dá)2～3年，期間植物由于無法進(jìn)行光合作用而大批死亡，并威脅到動(dòng)物的生存。同時(shí)，高溫拋出物通過一系列化學(xué)反應(yīng)使大氣中的臭氧層被破壞殆盡，一旦塵埃幕布消失后，地球表面便直接裸露在太陽紫外線的暴曬之下，其強(qiáng)度對(duì)生物是致命的。還有，伴隨著撞擊事件的是一場全球性的特大地震，并引起大規(guī)模的災(zāi)變。
    小行星沖入海洋的可能性要比撞上陸地更大些。直徑10千米小行星的一次撞擊可以在海底生成直徑為500～1 000千米的巨坑，其形成過程可能長達(dá)1小時(shí)。出事地點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生高達(dá)數(shù)千米的超級(jí)巨浪，即使距撞擊點(diǎn)1 000千米以外的地方浪高仍有500米。滔滔巨浪最終會(huì)到達(dá)大陸架或淺海部分，那時(shí)大浪再度涌起，浪高可增大10倍，而數(shù)千米高的海浪涌上陸地時(shí)將會(huì)蕩平一切。同時(shí)，地核的內(nèi)部流動(dòng)會(huì)受到強(qiáng)烈的干擾，使地磁場發(fā)生劇烈的擾動(dòng)，并引起各類生物的大批死亡。另一方面，原來緩慢進(jìn)行中的大陸漂移會(huì)因撞擊而受到極大的干擾，結(jié)果引起大幅度板塊運(yùn)動(dòng)，地殼會(huì)出現(xiàn)幾十千米寬的大裂縫，造山運(yùn)動(dòng)十分劇烈，火山普遍爆發(fā)。一旦重新平息之時(shí)，地球表面的生物學(xué)和物理學(xué)環(huán)境已面目全非。
    古生物學(xué)研究表明，地球上生命的發(fā)展并不是一種平穩(wěn)演變，化石記錄所揭示的是在這一過程中穿插著一些短時(shí)標(biāo)事件，大量的物種幾乎在同一時(shí)間段內(nèi)突然消失，而后又誕生出一些新形式的生物。白堊紀(jì)末期，最著名的大規(guī)模生物滅絕事件發(fā)生在6500萬年前的白堊紀(jì)末，曾經(jīng)在地球上生存了1.7億年之久的恐龍以及其他一些大型爬行動(dòng)物突然銷聲匿跡，凡是體重超過25千克的陸地脊椎動(dòng)物統(tǒng)統(tǒng)都沒有活下來。用小天體撞擊事件來解釋這種生物的大規(guī)模滅絕是十分自然的，在過去的幾億年內(nèi)，這種撞擊可能發(fā)生過6～7次，而同一時(shí)期內(nèi)也出現(xiàn)了同樣數(shù)目的全球性生物滅絕事件。
    1980年以來，地質(zhì)學(xué)家們一直不停地在地球上到處奔波，試圖找到直徑200千米左右的撞擊坑，并用以證明小天體撞擊事件的發(fā)生。經(jīng)過學(xué)者們的辛勤工作和百折不撓的努力，終于在墨西哥尤卡坦半島海岸下找到了這個(gè)深埋著的大環(huán)形地貌，直徑180千米。在那里，人們發(fā)現(xiàn)了含有玻璃隕體和沖擊石英顆粒的巖石碎片，這類物質(zhì)只能在猛烈的撞擊作用下才能形成，而且地質(zhì)年齡與恐龍滅絕的時(shí)間相符，災(zāi)變說取得了實(shí)證。
    （趙君亮）
    月球的誕生
    月球是怎樣形成的？這是一個(gè)十分古老的問題，從18世紀(jì)以來，許多科學(xué)家曾提出了各種各樣的月球起源學(xué)說。把這些學(xué)說歸納起來，可以分為三類，即同源說、分裂說和俘獲說。
    同源說是最早出現(xiàn)的一種月球起源學(xué)說，主張?jiān)虑蚝偷厍蚓哂邢嗤�的起源，認(rèn)為月球和地球都是同一團(tuán)彌漫物質(zhì)形成的，這團(tuán)彌漫物質(zhì)的大部分形成地球，小部分形成月球。按照這種理論，地球的年齡和月球的年齡應(yīng)該不相上下。在“阿波羅”登月以后，對(duì)月巖標(biāo)本的年代測(cè)定結(jié)果證明，月球形成時(shí)間和地球形成時(shí)間相同。在這一點(diǎn)上，同源說獲得了支持，但它無法解釋為什么地球和月球的組成成分以至平均密度卻有顯著差異。
    “進(jìn)化論”創(chuàng)始人達(dá)爾文的兒子喬治·達(dá)爾文在1879年提出，月球在形成之前是地球的一部分。在太陽系形成初期，地球還處于熔融狀態(tài)，轉(zhuǎn)速相當(dāng)高，以致有一部分物質(zhì)被從赤道區(qū)甩了出去。后來，這部分物質(zhì)演變成為今天的月球，而太平洋就是月球分裂出去后留下的疤痕。支持者們認(rèn)為，分裂出去的是密度相對(duì)較小的上地幔物質(zhì)，因此月球的密度與地殼接近也就合理了。然而，在這種情況下月球的軌道應(yīng)該位于地球的赤道面上，事實(shí)上卻是靠近地球的公轉(zhuǎn)軌道面。另外，研究證明熔融狀態(tài)的地球根本不可能分出去一部分物質(zhì)。
    1942年瑞典天文學(xué)家阿爾文提出了“俘獲說”，他認(rèn)為月球和地球是在不同的地方形成的，一次偶然的機(jī)會(huì)，地球把運(yùn)行到附近的月球俘獲，成為自己的衛(wèi)星。這種學(xué)說能很好地說明地球和月球在物質(zhì)組成上的差異，而且太陽系中其他大行星的衛(wèi)星的確有相當(dāng)一部分是俘獲的小行星，不過那些衛(wèi)星全都很小，而月球?qū)嵲谔�大了，在太陽系中像這么大的天體是非常稀少的，另外天體大了慣性也大，捕捉就更難，地球要俘獲如此之大的一個(gè)天體是很難想象的。
    大碰撞學(xué)說就是在上述這些學(xué)說遇到困難的背景下提出來的。這種學(xué)說的創(chuàng)始人是美國人哈特曼和戴維斯，他們的學(xué)說最早發(fā)表于1975年，其基礎(chǔ)是關(guān)于太陽系大行星形成的“星子學(xué)說”。
    星子學(xué)說認(rèn)為，大行星是在太陽系誕生的初期從環(huán)繞太陽轉(zhuǎn)動(dòng)的氣體、塵埃云中在引力作用下聚結(jié)形成的。最先形成的是一些較小的團(tuán)塊，稱為星子。小的星子逐步聚結(jié)成越來越大的星子，最后成為今天這樣的大行星。在這樣的背景下，在地球剛形成的初期，遭到一顆如火星般大的星子撞擊，是完全可能發(fā)生的事情。
    大碰撞學(xué)說能解釋月球的平均密度為什么明顯比地球的平均密度低。地球擁有一個(gè)巨大的鐵質(zhì)地核，但月球卻沒有。這是因?yàn)樵诖笈鲎舶l(fā)生的時(shí)候，撞擊的方向并不是朝向中心，而是偏向一側(cè)。那時(shí)的地球尚處在熔融狀態(tài)，比重大的鐵質(zhì)已沉到中心形成地核，淺層是由含鐵量較少的熔巖構(gòu)成的地幔，從地球上撞出去的正是這類比重較小的物質(zhì)。
    2001年，美國西南研究學(xué)院的卡內(nèi)普和加利福尼亞大學(xué)的阿斯福格在《自然》雜志上發(fā)表了他們重新用計(jì)算機(jī)模擬月球在大碰撞中誕生過程的結(jié)果。他們把地球和那顆“來撞天體”細(xì)分為20 000多個(gè)單元，就30種可能發(fā)生的情況，專門進(jìn)行計(jì)算。他們的計(jì)算表明，一顆火星那樣大小的來撞天體與地球之間的一次側(cè)面沖撞，“似乎正好能把那么多質(zhì)量的物質(zhì)撞到繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的軌道上去”。
    當(dāng)然，即便是大碰撞學(xué)說，也沒有能徹底解決月球的起源問題。美國行星科學(xué)家史蒂文森說，它是個(gè)最好的學(xué)說，然而關(guān)于這一話題的討論不會(huì)就這樣結(jié)束。未來新的月球探測(cè)將有可能進(jìn)一步探明月球的組成成分，應(yīng)該能為解決它的起源問題提供新的線索。
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