第2章 我们赖以生存的星球(2)

其次，岩层的重复与缺失。由于断层活动，岩层往往被错动后，一些岩层多出来，发生重复，另一些岩层则被断掉后少了层数发生缺失。因此如果岩层层序发生变化，则说明可能是断层活动的结果。注意要用那些特征明显的岩层（称为标志层）是否重复或缺失来确定断层的存在与否。

再次，是断层破碎带、断层两盘出现的磨光面，断层角砾等都可以作为断层证据。

此外，植被的生长状况明显变化、泉水分布呈线状分布，断层崖、断层三角等都是断层存在的证据。

根据断层的性质，可以分为以下三种类型。

正断层：上盘下降、下盘上升的断层，由于引张力作用，上盘“掉下来”。

逆断层：上盘上升、下盘下降的断层，它是由于挤压力作用形成的。平移断层：两盘平错，是由于扭力作用形成的。

地壳中的“寿星”

如同人有诞生日、有年龄一样，地壳也有自己的年龄。科学家对不同大陆上的地壳岩石进行了抽样分析，认为大陆地壳的最早雏形出现在37亿～40亿年前。大部分地壳的年龄在28亿年左右。现已发现的有30亿年以上高龄的地壳有10余处，其中最老的寿星是格陵兰岛的戈德霍普，它的年龄是398亿±18亿年。其次分别是：刚果南部352亿±18亿年；俄罗斯科拉半岛346亿年；

沃罗涅兹河地区346亿～348亿年；美国明尼苏达州33亿年；南非德兰土瓦中部32亿±07亿年；美国蒙大拿州31亿年；斯威士兰307亿±06亿年或344亿±3亿年。

随着地质年代测定数据的增多，可能还会发现岁数更大的大陆地壳。

科学家从南非的前寒武纪岩石中，还发现了32亿年前的细菌化石，被命名为“伊索拉姆原始细菌”。这是目前知道的最古老的生物遗迹，可以说它是地球上最早的生命了。

地球公转

地球环绕太阳的运动，称为地球公转，同自转一样，地球公转的方向也是自西向东。地球公转的轨道总长为94000万千米，是一个近似正圆的椭圆形，太阳正好是这个椭圆的焦点之一。随着太阳自身的运动、变化，地球和太阳之间的距离也有最远和最近的变化。每年11月初，地球位于“近日点”；每年7月，地球位于“远日点”。在近日点时，地球公转速度比远日点快。地球公转平均速度为每秒2979千米，平均角速度为每日59分8秒，公转一周所需要的时间为365日48分46秒。地球公转的轨道平面与赤道平面的交角，称为黄赤交角，黄赤交角的度数23度26分，由于它的存在，使各地正午太阳高度和昼夜长短（赤道除外）发生季节变化，从而造成地球上的春夏秋冬四季交替和五带的划分现象。

地转偏向力

地球上水平运动的物体，无论朝着哪个方向运动，都会发生偏向：在北半球向右偏，在南半球向左偏，这种现象称作地球自转偏向力。物体静止时，不受地转偏向力的作用，地转偏向力是地球自转运动影响的结果，当物体运动时，由于其本身的惯性作用，总是力图保持其原来的运动方向和运动速度，地转偏向力的方向同物体运动的方向相垂直，并且对物体的运动方向产生一定影响，使之向右或向左偏转。地球自转的线速度各地不同，在北半球，当气流自北向南运动时，即从自转线速度较小的纬度吹向自转线速度较大的纬度，这时，气流会偏离始发时的经线，发生向右偏，即原来的北风逐渐转变为东北风；其他情形也是同样的道理。在赤道上做水平运动的物体不会发生偏向现象，因为赤道上的自转偏向力为零。

地球自转创造的奇迹

地球以一条假想直线为轴的旋转运动，叫地球自转。地球自转的方向是自西向东。地球自转的平均角速度为每小时15度，即每4分钟1度，地球自转速度由于纬线的长短不同而有所变化，在地球赤道上自转线速度为每秒465米，自赤道向南北两极降低，两极处的线速度为零。在地球上我们看到各种天体东升西落的现象都是地球自转的反映，地球昼夜更替、各地时间差异也是由地球自转而产生。地球自转一周为一日，本世纪发现地球自转不是均匀的，由于地球表面潮汐的影响，使地球自转的速度逐渐变慢；另外，地球自转速度还有季节性的周期变化和时快时慢的不规则变化。

大自然中还有许多怪现象，都是地球自转引起的。比如日月星辰从东方升起，再比如，赤道与两极的重量差，由于地球不停的自转产生了一种惯性离心力作用，使地面上的重力加速度因纬度高低不同而不同，赤道处的重力加速度最小，两极处最大。同一物体在不同纬度上的重量也不同，在两极重1千克的东西，到了赤道其重量就会减少53克。

地球成了椭圆形。由于惯性离心力由两极向赤道逐渐增大，其水平分力指向赤道。在这巨大的水平分力的作用下，海水从两极流向赤道，地球内部除地轴之外的所有质点也都向赤道挤压，形成了一系列与赤道平行的海岭和山脉。久而久之，原始地球的赤道直径就比两极半径大了，地球渐渐变成了椭圆形。

物体运行发生偏向。在北半球，北风会逐渐变成东北风，东风逐渐变成东南风；而在南半球，北风渐渐变成西北风，东风变成东北风。从北极向赤道某点发射火箭，所需的时间假定是1小时，那么，当火箭到达赤道时，准会落在预定目标以西约1670千米处，原预定目标竟向东转了15度。这是怎么回事呢？这又与地球自转有关，地球自西向东自转，而地球上的物体倾向于保持原来的运动状态，物体的运动就会产生偏向，结果就出现了风转向、火箭没有击中目标的事。

高处下落物总是落在偏东处。有人在垂直的深井中做过试验：自井口中心下落的物体，总是在到达一定深度时撞在矿井的东壁上。这也是由于地球自西向东自转，使自高处降落的物体在下落时具有向东的自转速度，结果必然要撞东壁了。

飞机向西比向东飞得远。在排除风力影响因素的情况下，两架飞机用同一速度从同一地点出发，分别向东、西各飞行一小时，结果发现向西飞行的飞机比向东的飞机飞得远，是谁帮了西行飞机的忙？原来是地球向东自转玩的把戏。

大气是从哪里来的

我们的地球之所以生机勃勃，是因为它有其他行星所没有的得天独厚的三大宝：适量的阳光、充足的水源和丰富的大气。

地球大气是从哪里来的呢？天文学家常常用天体的起源来解释地球大气的起源。

根据太阳系起源的流行理论——康德一拉普拉斯学说认为：大约在50亿年前，太阳系是一团体积庞大、温度极高、中心密度大、外缘密度小的气态尘埃云。整个尘埃云先是缓缓转动，后来温度渐渐冷却，尘埃收缩，而使转动加快，中心部分收缩成太阳，周围物质收缩成八大行星及其卫星。最初收缩凝聚的地球团块是很疏松的，气体不光在地球表面，大部分被禁锢在疏松的地球团内。这时的地球像一块吸足了水分的海绵团，蕴含着大量的气体。

后来，由于地心引力作用，疏松的地球收缩变小。气体受到收缩，被挤出来。大多气体分散到地球表面，形成薄薄的一层大气。地球收缩到一定程度后，收缩速度减慢，强烈收缩时产生的热量渐渐失散，地球逐渐冷却，地壳开始凝固。地球凝固后，地球内部受反射性元素的作用不断升温，使地壳一些地方发生断层、位置移动和火山爆发。地壳和岩石中的水和气体也随之释放出来，这些被释放出的气体中，一部分像氢和氦等轻分子跑到了宇宙空间，而氧和氮等重分子大部分被地球吸力抓住，充实了地球大气。

地球不断失去氢和氧，然而太阳风和地球本身的活动，如火山爆发等，又不断地补充地球大气失去的气体。所以，从古至今，地球大气总是那么丰富。

大气圈

在地壳外面的广阔空间，是地球的“大气圈”。人们常称它是地球的外衣。谁都知道，作为地球环境要素之一的大气，是各种生命不可须臾缺少的东西。但你可曾知道，如今的大气，早已不是原来的大气了，而是至少经过两次“更新”之后的第三代大气。

现在笼罩着地球的大气，其厚度在3000千米左右，通常我们称之为大气层或大气圈。它的总质量并不大，仅相当于地壳总质量的005％。大气圈在结构上，自下而上依次可分为对流层、平流层、中间层、热层和外层。

对流层从海平面到18千米高空，占大气总量的80％。对流层里气象万千，冷热空气上下对流，兴云造雨，下雪降霜，电闪雷鸣都在这里发生。

平流层从对流层顶到50～55千米的高空。此处空气稀薄，水汽和尘埃含量极少，很少有天气现象，气流平稳，是高速喷气机最理想的飞行区域，平流层中含有大量臭氧，因此又得名“臭氧层”。它能吸收太阳辐射中90％的紫外线，像地球的贴身“防弹衣”一样，使地面生命免遭紫外线伤害。

中间层从平流层顶到80～85千米的高空。它负责吸收太阳的远紫外线和X射线，使大气中的氧和氮分子离解成原子和离子。该层的温度随高度增加而降低。

热层从中间层顶到500千米处的高空。这一层的温度很高，气温昼夜变化很大。

外层500千米以外高空，是地球大气层向星际空间过渡的区域，它有两条辐射带和一个磁层。磁层在5万～7万千米的高处，它是地球大气的最外层，它像一道挡风的钢铁长城，保护地球生物免受太阳风的致命打击。

在50～1000千米处有一个电离层，分为D、E、F1、F2四层，里边的气体基本都是电离的。地球上的短波无线通讯都靠电离层的反射。80～500千米区域，电离密度较小，美丽的北极光就出现在这层。

从成分上说，大气是一种混合物，其组成相当简单。它由不同成分的、具有不同的性质和功能的物质以适当比例相配备，为有机世界的生存和发展，提供了有利的条件。

可是，地球的早期大气却完全不是这样的。

地球脱胎于星云，而星云的主要成分是氢和氦。可想而知，地球的第一代大气是以氢和氦为主的。不过，地球在形成之初，由于其体积还很小，没有足够的重力把这些气体挽留在自己周围。因此，最初的地球无法拥有大量的气体。有如现在的月球或小行星那样。后来，随着地球不断吸引和兼并它周围的固体颗粒，体积和质量不断增大，地球的引力也不断增大，并可以把原始的气体吸引在自己周围，便形成了以氢、氦为主的第一代大气。由于这些大气分子很轻，在阳光照射下异常活跃，很容易逃逸出地球。

随着地球的进一步增长，以及地球内部温度的升高，在地球内部圈层分化的同时，从地球的内部不断有气体产生出来，这就是地球的第二代大气。其主要成分可能是水（H2O）、二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）和氨（HN3），此时还没有动植物呼吸所必需的游离氧。第二代大气产生于火山喷发或从地球物质中渗出，人们根据当今火山喷发产生的气体和某些陨石上所发现的气体成分证实了这一点。

至于第二代大气是怎样演化成现代大气的，这个过程比较复杂，但在演化过程中起关键作用的是绿色植物。因为绿色植物通过光合作用能够吸收二氧化碳，释放出游离氧，从而把还原大气变成氧化大气，使第二代大气的成分发生重要变化。

在距今30亿年以前，地球上出现了原始的低等植物——蓝绿藻。这是地球大气由还原大气变成氧化大气的关键性的事件。在距今6亿年以前，绿色植物在海洋中得到大量繁殖与发展，并占据优势。在距今4亿年以前，绿色植物开始在陆地上出现。这样，使得在大气中的游离氧不断增多。同时，还原大气的氧化过程被加速。在氧化过程中，一氧化碳逐渐转变成二氧化碳；甲烷逐渐成为二氧化碳和水；氨逐渐转变成水汽和氮。很明显，这时的大气还不是氧化大气，而是以二氧化碳逐渐占据优势的大气。只是由于绿色植物光合作用的持续作用，大气中的二氧化碳才得以日益减少，而游离氧日益增多。有人估计，当大气中游离氧达到现代大气氧的1％的时候，就可能出现有效的臭氧层。它对太阳紫外线起屏障作用，可保护地球上的生命免遭紫外线伤害。游离氧是生物发展的产物，反过来它又促进生物界的发展。

大气中氮气的增多，除了与游离氧有关外，还取决于生物的发展。生物在其生存期间，需吸收环境中含氮化合物，在体内合成蛋白质等复杂的有机物。当动物及其排泄物腐烂时，蛋白质一部分转变为氨和铵盐，另一部分直接转变为氮；氨在游离氧的作用下又释放出氮。由于氮的化学性质不活泼，在常温下不与其他元素结合，所以它在大气中会越积越多，终于成为大气的主要成分。

总之，在绿色植物的光合作用下，由于二氧化碳不断减少和氧、氮不断积累，终于使得地球的第二代大气演化成了现代的第三代大气。