原始地球的来源

原始地球的来源

一般指约在46亿年前刚从太阳星云形成的地球.初生的地球,在继续旋转和凝聚的过程中,由于本身的凝聚收缩和内部放射性物质（如铀、钍等）的蜕变生热,温度不断增高,其内部甚至达到炽热的程度,于是重物质就沉向内部,形成地核和地幔,较轻的物质则分布在表面,形成地壳.初形成的地壳较薄,而地球内部温度又很高,因此火山爆发频繁,从火山喷出的气体,构成地球的还原性大气.水是原始大气的主要成分,原始地球的地表温度高于水的沸点,所以当时的水都以水蒸气的形态存在于原始大气之中.地表不断散热,水蒸汽被冷却又凝结成水.以后地球内部温度逐渐降低,地面温度终于降到沸点以下,于是倾盆大雨从天而降,降落到地球表面低凹的地方,就形成了江河、湖泊和海洋.科学家称那时的海洋为原始海洋.原始海洋盐分较低,而有机物质却异常丰富.当时由于大气中无游离氧,因而高空中也没有臭氧层阻挡,不能吸收太阳辐射的紫外线,所以紫外线能直射到地球表面,成为合成有机物的能源.此外,天空放电、火山爆发所放出的能量、宇宙间的宇宙射线,以及陨星穿过大气层时所引起的冲击波等,也都有助于有机物的合成.但其中天空放电可能是最重要的,因为这种能源所提供的能量较多,又在靠近海洋表面的地方释放,在那里它作用于还原性大气,所合成的有机物质,很容易被雨水冲淋到原始海洋之中,使原始海洋富含有机物质,成了“生命的摇篮”. 地球的起源 科学家们过去常认为包括地球、水星、金星、火星在内的石质行星是一块尘埃云快速引力坍缩而形成的.这种坍缩产生了致密的球体,但在20世纪60年代,阿波罗太空计划的有关研究成果改变了这种观点.对月坑的研究揭示出这些坑是由于在距今约45亿年时大量天体的撞击而形成的.此后,撞击的次数看来很快减少.这一研究结果使斯米特（Otto Shmidt）提出的吸积理论恢复了活力.这位苏联地球物理学家于1944年提出：行星是一步一步地逐渐增大其体积的.根据斯米特的见解,宇宙尘团聚在一起成为颗粒,颗粒变成砾石.砾石变成小球,然后变成大球,再变成微行星（即星子）,最后,尘埃终于变成了月球那样的大小.随着星体越来越大,它们的数目就减少.结果,星体（即陨石）之间碰撞的机会就减少,能够用于吸积的东西越来越少,这意味着为了集结成大行星这一作用要进行很长的时问.由华盛顿卡内基研究所的韦瑟里尔（George .W. Wetherill）进行的计算表明,一个直径10千米大小的天体变成地球这样的天体需要经过大约一亿年的时间 地核、地幔、地壳的分离 按照地球是由星际物质相互吸引、聚积而形成的假说,地球是由冷变热的.地球内部所具有的高温,是由于星云物质机械碰撞产生的热,以及地球内部放射性元素衰变产生的热.这一时期地球内部蕴藏有丰富的短半衰期的放射性同位素,它们应产生大量热能.在上述两种热能的作用下,原始地球不断增温,在其内部某个深度上首先达到物质发生熔融的程度,并开始物质按比重的分异.重者下沉,轻者上浮. 比重大而熔点低的铁、镍等元素最先分离出来并向地心集中,导致形成地核.在重力分异过程中,还伴随着物质的位能向热能转化.因而,地内上层的岩石也相继发生熔融,结果,较轻的铁镁硅酸盐物质向上集中,导致原始地幔形成.原始地幔的表层同时在失热,变硬,遂形成坚硬外壳,这就是原始地壳.由上述可见,这一时期物质的热状态及与之相关的重力分异作用,在形成地球内部的层圈构造中,具有决定性意义. 大气圈及水圈的形成与演化 大气圈和太阳相比,氢、氮与惰性气体（如氩、氖和氙等）已大部分耗尽.当代的地球,氖对硅的比率仅是太阳的1/1010.因此地球的大气显然并不完全是来自太阳星云中的气体部分.地球早期大气常被假定由甲烷所组成,并含有少量氢、氨和水.这个假定主要是以木星和其他大行星大气的推断组成为依据的.然而,这些行星增大时的温度可能比地球低得多,因此不能作为地球早期大气圈的模式.如果地球约在600K时从微星增大,则可设想到大气圈的出现是在增大之后.普遍认为,大气圈和水圈（大洋）是由火山活动所释放的物质形成的.然而,地球也可能在增大时含有少量的水,这是由于水在约350K的温度下从太阳星云凝缩,地球的水和大气的来源可能是小行星带.碳质球粒陨石含有大量的水和存在于地球大气中的其他挥发物就是一个明显的证据.小行星带原来所含有的物质大大超过现代,而且很多这类物质已因与其他行星的碰憧而丢失.水星、月球、火星和金星上无数陨石坑说明,它们都受到可能主要来自小行星带的陨石的强烈轰击.地球早期阶段也一定曾受到过这样强烈的轰击.碳质球粒陨石中含有10%的水分,而地球上可能有0.5%的物质是由来自小行星带的碳质球粒陨石组成的.大气圈和水圈中有一部分可能是这些陨石冲击时释放的物质所组成.巨大碳质球粒陨石冲击时能够释放大量水蒸气.其中一部分保存在大气中,但大部分凝缩为水而形成小溪、河流和湖泊,并终于形成原始海洋.氮也可因冲击时的加热而被释放.陨石中的复杂碳氢化合物可以分解而产生甲烷、乙烷之类的简单碳氢化合物.它们还可以与水反应而形成一氧化碳、氢、乙醇和氨之类的气体.由于紫外线辐射能和大气中的放电而发生的水的分解,还会引起氢和氧的增多.一些氨和甲烷也可以在冻结状态下从陨石或彗星残屑（彗星在地球历史的早期阶段可能也是很多的）,或是从形成于木星或土星附近的微星上来到地球. 地球大气的一部分源自火山活动,另外还有地壳和地幔形成时的局部熔融,会从地球内部释放出大量的水和其他气体.这些气体可能和陨石冲击时所释放的物质相似,也是富含一氧化碳、氢、甲烷和氨.随着时间的推移,原始火山气体又演变为更象现代火山的气体.在夏威夷,这些气体主要由水（79%）、二氧化碳（12%）、二氧化硫（6%）和氮（1%）组成. 现代地球的大气圈主要由氮和氧组成.早期火山气体中的水和二氧化硫,进入不断发展中的大洋盆地.二氧化硫最终形成硫酸,它又和地壳中的物质与海底沉积物反应,形成硫酸盐.在生命出现之后,光合作用使游离氧从二氧化碳释放出来.