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地球诞生

一开始,星系盘上的成分和太阳系形成的云团一样——98%是氢元素和氦元素,2%是余下所有物质。因为氦元素不会起化学反应,所有的氦都是以气体形式存在的。氢元素能和其他元素合成,反应成水、甲烷和氨等,但没有很多重元素,所以大部分氢元素也是以气体形式存在。其他原子,如氧原子、碳原子、氮原子等,会与另外一个原子还有氢原子结合组成分子。许多分子粘在细小的石墨颗粒(碳原子的一种形式)表面,像香烟烟雾的小颗粒一样。随着太阳开始升温,它的辐射把所有剩余的气体都带到了太空中。太阳周围只有固体粒子还留在盘上,以同样的方向运动,但是在不同的轨道有不同的速度,彼此的路径交叉,所以经常碰到一起。因为它们运动方向一样,这些碰撞比较温和,所以粒子开始黏到一起。此外,电场力可能也有助于促进积累蓬松的尘埃球。如果你不常做家务,那么在你的床底下也能找到类似的东西。这些尘埃球通过引力吸到一起,会变得越来越大。只花了10万年,这些团块就长到1 000米左右的大小,人们称之为星子,这是构成岩石行星的零件。一些小行星带中的天体可能是太阳系形成时留下的原始星子;另一些岩石碎片是那些更大的天体碰撞时散落的碎片,因为从星子向行星演化是一个暴力的过程,一些越来越大的岩石会相互碰撞。

计算机模拟显示,云团塌缩形成太阳和行星的100万年之后,在太阳和今天的火星轨道之间存在20~30个天体,小到月球尺寸(大约为地球直径的27%),大到火星尺寸(大约为地球直径的53%)。它们周围还有大量的小星子,在一系列碰撞中,这些小星子会被大天体席卷,而大的天体之间也会碰撞合并,直到最后只留下四五个较大的天体——水星、金星、地球、火星,外加至少一个火星大小的天体。这些天体被年轻太阳的热气所烘烤,复杂的分子都被破坏,气体也被吹走,这4颗(加一颗)原行星的主要成分只剩下铁、硅以及碳的稳定化合物。

从大小上看,地球和金星很像双胞胎,并且占据了太阳的临近轨道。它们一定是以非常接近的方式演化形成的。在行星演化过程的后期,除了行星变大这一事实外,这个阶段的关键变化是由撞击吸积进来的物体自带动能,并产生了大量的热量。这些热量熔化了年轻行星的表面,然后熔化物缓慢地渗透到内部。但在5 000万年后,行星已经液化殆尽,铁元素和其他重元素都沉到地核去了,较轻的硅化合物则浮在表面,降温形成了地壳。随着铁元素一起沉到地核的还有其他重元素,包括由超新星爆发产生的放射性元素铀元素(其中的一次超新星爆发引发了太阳系的诞生)。铀元素衰变产生的热量可以持续几十亿年,这在某种程度上解释了为什么地核今天还是熔融态,以及为什么开尔文估计的地球年龄是错误的。但这只是其中一个因素,开尔文还忘了在他的计算中加入地核中流体对流的影响,这也改变了他对地球年龄的估算结果(我们将在后面谈到对流,特别是在第5章深入了解地球内部时)。此外,一旦固体地壳形成,它就像熔融地核的绝热层,会减缓热量向地外空间的散发。

令人感到奇怪的是,尽管这个过程完美地解释了今天金星的特征,它却不能完全说明今天地球的结构。地球现在的地壳很薄,在占地表面积2/3的海洋下,地壳的厚度平均只有5 000米多一点,而在大陆下面,地壳有30千米厚。我们将会解释,这对于板块构造的过程非常重要,而板块活动在地质时代改变了我们星球的地貌。薄的地壳像鸡蛋壳一样容易开裂,通过火山活动释放内部的热量,使表面的板块互相挤压产生地震。但是空间探测器的数据表明,金星的地壳至少有50千米厚,甚至可能有100千米厚,所以它形成了一个固定的层,而没有板块构造活动。由于放射性物质的作用,金星内核热量积累、压力增加,在经过很长一段时间间隔后(最近的一次是6亿年前),整个外壳全部破碎,巨量的熔岩涌出,覆盖了整个金星表面,随着热量的释放,其表面又固化出一层新壳。这个星球又回到沉寂状态,然后又过了几亿年。

金星存在厚厚的富含硅酸盐的地壳,这与天文学家的预测非常吻合。金星会有这么厚的壳层是毫无疑问的,但问题是地球的壳层为什么会这么薄?地球上应该有的硅酸盐都去哪里了?而答案似乎和地球的另一个独有的特征密切相关,那就是它的大月亮。 pYakBqmpkGsC2nldcNwwrp4lzdbTHcCyx7XnftBuqDKfvKj0wJxGYQyrWS5vu9CK

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