书城童书海洋大探秘
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第2章 浩瀚无穷——海洋认知(1)

海水是从哪儿来的

地球不同于其他行星的主要特征之一,是地球上有丰富的水源,全球约有3/4的面积覆盖着水,因而地球有“水的行星”之称。

地球上的水呈固态、液态、气态分布于海洋、陆地以及大气之中,其中海洋水占绝大部分。海洋占地球总表面积71%,占地球上总水量13亿8400万立方千米(联合国教科文组织的世界水文学小组确定)的97.5%。若把地球上的陆地和海底都铲成平地,海洋的水将把整个地球覆盖起来,水深可达2745米。

这么多的水是从哪儿来的呢?是来自包围着地球的大气层,还是随着地球形成就已存在?

人们通过考古发现,地球形成初期并无液态水。

“水从何而来”一直是个谜。

传统的观念认为地球上的水是地球形成时由星云物质带来的,这些参与地球组成的水,通过地球的演化不断从地球深部释放出来。其证据是,在火山活动区和火山喷发时,都会有大量的气体出现,其中占绝大比例的是水汽。但是随着人们对火山现象的深入研究,发现与火山活动有关的水,并不是从深部释放出来的“新生水”,而是地球现有水体循环的一部分。

1961年,托维利率先提出,地球上的水是太阳风带来的。太阳风是太阳外层大气向外散逸出来的粒子流,主要组成部分是电子和氢原子核——质子。托维利根据计算指出,从地球形成至今,地球已从太阳风中吸收氢的总量达1.70伊10克。若把这些氢全部与地球上的氧结合,即可产生1.53伊10克的水,这个数字与现有地球水体的总量十分接近。

20世纪80年代,美国衣阿华大学弗兰克等提出了地球之水来自太空冰球的观点。他们在研究1981~1986年人造卫星发回的数千张地球大气紫外线辐射图像后指出,由冰块组成的小彗星在撞入地球外层大气后破裂,融化成水蒸气。

估计每5分钟大约有20颗平均直径为10米的这种冰球坠入地球。若每颗可融化成100吨水,则每年可使地球增加10亿吨水。按地球形成至今已有46亿年的历史,则地球总共可从这种冰球上获得460亿亿吨水,是现在地球水体总量的三倍多。

最新的观点是前苏联科学家、加里宁格勒国立大学教授弗·奥尔列诺克提出的。他认为,全球海洋起源于地球内部的水,它过去是,现在也是在地球的地质进化过程中产生的。现有规模的海洋形成于6000万年前。在各个地质时期,从地球内部渗透出来的水形成了海洋,且与地球上所有消耗的水是相平衡的。现在,每年从地球内部释放到全球海洋中的水,总量为2.2伊1017立方厘米。

由于地球内部的脱水作用,将导致地球中心的物质浓缩,从而使地球的半径逐渐缩小,地表及其板块的曲率都将增大。他的这一独特见解已被日本宇宙卫星所获得的最新资料(夏威夷群岛正以每年39厘米的速率,澳大利亚以每年38.76厘米的速率,北美洲以每年11厘米的速率向日本靠近)和中国科学院、上海天文台和美国有关单位共同进行的“上海至夏威夷VLBI联测”结果(上海至夏威夷的距离正以每年8~10厘米的变化率在递缩)所印证。弗·奥尔列诺克的观点是迄今为止关于海洋水源比较科学的解释。

为什么海水又咸又苦

喝过海水的人都知道海水又咸又苦,还有点涩。所以,在大海中航行的船只总要带些淡水,沿海地区的农民也不会用海水来灌溉庄稼。

海水中又咸又苦的东西是什么呢?

如果把一盆海水晒干,我们就会发现在盆底有一层白花花的东西。这白花花的东西,在化学上叫做盐。海水中溶解的盐类很多。据计算,1立方千米的海水中,有2700多万吨氯化钠、320万吨氯化镁、220万吨碳酸镁、120万吨硫酸镁,还有其他种类的盐。如果我们把地球上的全部海水都蒸发干,那么海底就会沉淀出60米厚的白花花的盐类。这些盐类的体积有2200万立方千米,它们可以把整个北冰洋都填平还有剩余。

海水中的这些盐类,和人类的关系非常密切。我们每天少不了食盐(氯化钠),是海水中含量最大的一种盐类,它占海水中所有盐类的78%。食盐不仅是人类必需的食物,而且还是化学工业离不了的一种原料。人类所需的食盐,绝大部分是从大海中提取的。

点豆腐用的卤水的主要成分是氯化镁,氯化镁也是海水中含量较大的一种盐类。现在世界上所需的镁和镁的化合物,很大一部分是从海水中所含的氯化镁和硫酸镁中提取的。镁是一种重要的金属,制造飞机、快艇、汽车、火箭都离不开它。

食盐是咸的,卤水是苦的。现在你明白海水为什么又咸又苦了吧!

其实,海水中含有的物质,远不止食盐和卤水。在地球上已经发现的100多种元素中,有80多种是在海水中找到的。不少元素在海水中的含量,比在陆地上的储量都要多。比如海水中铀的总含量可达40亿~200亿吨,比陆地上的总储量多2千倍到1万倍;黄金的含量约1千万吨,也比陆地上的储量多得多。现在,人们可以从海水中提取钾、碘、铀等多种元素。随着科学的发展,海水对人类的贡献将会越来越大。

海洋是如何形成的

海洋的形成,最早抛弃带有迷信色彩的传说的是法国人鲍蒙。1852年,他提出一种假说,地球是从太阳爆炸中分裂出来的,最初的地球是一个火球,同太阳一样发热发光。后来热量散失,逐渐冷却,外面便结成一层硬壳,里面继续冷却,根据热胀冷缩的原理,冷缩的部分便有了空隙,在重力的作用下,地壳便大规模地下陷,下陷程度,极不规则,形成地壳的褶皱。这一假说,把地球比作一个干透的苹果,随着果肉的干缩,果皮就发生皱缩,地球也一样,随着地幔的冷缩,外壳发生了皱缩,有的地方凹下,有的地方凸出。地球的内部是熔岩,在重力的作用下,不时寻找裂缝涌出来,便形成了火山和地震。随着火山从深处迸出的熔浆,在地壳上缓缓流动,又把裂缝填平填满。就这样地壳一层一层加厚。地壳的变厚,有力阻止了地球深处熔岩的迸出,火山活动也就逐渐减少,地球的表面轮廓也就基本固定下来了,高耸的部分便是陆地,低陷的部分便是海洋。

这种火天冷缩成海之说,不再是纯粹的想象和神话,而是有着相当程度的科学见解,因而得到许多人的拥护。在19世纪下半叶至20世纪初期,地质学界一直将它奉为经典。但是,用冷缩说解释山脉的凸起,海洋的形成,并把它比作苹果同果肉干缩而发生褶皱,毕竟有些牵强附会。把复杂问题简单化,乍听起来,饶有兴趣;强究起来,则矛盾百出,不合情理,难道8000多米高的高峰和1万多米深的海底,也是冷缩形成的?地壳冷缩固定以后,为什么还有沧海桑田之变?喜马拉雅山为什么可以从海底升起来?

冷球变热成海

鲍蒙提出冷缩说之后的120年,英国天文学家霍伊尔,在1972年,提出一个完全相反的说法,叫做“新星云假说”,说地球原来是个冷球,是由于放射性元素蜕变生热,才能慢慢热起来的。霍伊尔认为:原始的地球上既没有海洋,又没有大气,是一个没有生命的世界。当时的地球是一个温度很低的冷球。后来又怎么变热了?那是地球内部的一些放射性元素在蜕变中释放出大量的热,使地球内部的温度逐渐升高,高到竟然把地内物质熔解成了岩浆。冷球变热之后,又由于重力作用,重物质便往下沉,轻物质便往上浮。铁、镍等重金属沉入地底,形成地球核心部分。硅酸盐等不轻不重的物质包围在地核外面,形成地幔,地幔的表层便是地壳。水汽、大气则飞向天空,形成厚厚的大气层。

当然,地球内放射物质释放出来的热并不是无限的,它只能越来越少,越来越弱,因此,原来的冷球,发了一阵高烧之后,又得冷却下来,特别是外层冷却速度最快,最后终于凝固了,变成了地壳。地球内部冷得很慢,直至今日,仍有上千摄氏度的高温,保持着可塑性熔岩状态,由于高温和高压,在深层翻滚对流,有时难免不从地壳薄弱处冲出来,形成火山。

地球表面冷却,天空水汽便凝聚成雨,接着便整年整年地下着滂沱大雨,这才使地球上的坑洼地带积满了水,形成大海大洋。这样说来,海洋的形成只能是在地球之后,但至少也有30亿年的历史了,也许最初大洋大海没有这么多的水,后来,随着火山的活动,地下水的上冒,随着大陆的形成,泉水的流入,大洋大海才逐渐充满了水,才成了现在这个样子。

众说纷纭,莫衷一是。

关于海洋的形成,还有很多种说法,各种说法虽然有一些道理,但又有一些不足,孰是孰非,孰优孰劣,有待进一步考察研究。

1.分出说

地球上有四大洋,其中最深的要算太平洋,谁能说清太平洋盆的形成,问题就会解决一大半。

半个多世纪以前,英国天文学家乔治·达尔文(进化论创始人达尔文的儿子)提出一个十分大胆的说法,叫做“月球分出说”。

乔治·达尔文认为:地球的早期处于半熔融状态,它的自转速度比现在要快得多。同时在太阳引力作用下会发生潮汐。如果潮汐的振动周期与地球的固有振动周期相同,便会发生共振现象,振幅越来越大,就有可能引起局部破裂,部分物体飞离地球。现在的月亮,就是20亿年以前,地球在这种自转中甩出去的小火球,那个小火球的体积相当于地球的1/6,还留下一个大坑,这便是太平洋的洋盆,经过演变,便是今天占整个海洋面积一半的太平洋。

支持乔治·达尔文说法的人,列举很多理由:第一,月球的密度与地球浅部物质密度近似;第二,只有太平洋洋底几乎全是玄武岩,而其他洋底在玄武岩上面还覆盖了花岗石,由此推测,太平洋的花岗岩都飞到月球上去了;第三,月球上没有地球那样的磁场,那是因为地球内核有铁,月亮没有这个内核;第四,人们从珊瑚化石了解到地球自转速度确有愈早愈快的现象,就是说甩出去是可能的。

随着宇航技术的迅速发展,“飞出说”明显出现了许多漏洞。宇航员从月球上带回的土壤砂石跟地球上并不相同,它并不是花岗岩组成,太平洋底花岗岩飞到月球上去是无稽之谈。而且月球上也有磁场,说明也有带铁质的熔融核心。另外,经测定,月球和地球具有同一年龄,大约都是45亿年前形成的,因此月球是20亿年前从地球上太平洋区域分离出去的说法,根本站不住脚。

2.水成说

持这种观点的人认为,早先的地球被混沌水所包围,整个地球都浸泡在水里面,或者说整个地球全是海洋,没有陆地。后来,在混沌水中逐渐沉积出矿物和岩石,生成原始的花岗岩的地壳,并逐渐发展成为陆地。因为他们把各种矿物和岩石的形成都归结为水中物沉淀的结果,所以这一假说就叫“水成说”。

水成说认为地球上先有海洋后有陆地,陆地产生于海洋之中。这与今天的实际考察结果正好相反,陆地至少有45亿岁,而海洋是在其后10多亿年才出现的。

3.陨石说

有人认为,大约在两亿年前,一颗比月球还大的地球卫星,从万里之遥坠落下来,其威力之猛,超过几十上百个原子弹。

偌大的卫星撞到地面上,不仅冲开了大陆硅铝壳,还穿过了硅镁层,甚至可能深入地幔之中。这样一撞,地球的表面,就会有一个大坑,这样一撞,就会引起地球剧烈膨胀,甚至开裂,地下水冒了出来,流进裂缝坑洼地带,这便形成了海洋。

后来,又有人估计撞地球的陨星没有月亮大,半径只有500千米。因为太大了,地球不改变形状也会更换位置,如果地球不按原轨道运行了,那会是什么情景?太不可思议了。即使半径500千米的陨星撞在地球上,形成的环形坑半径也可达300~7000千米。不过这一假说也不是全无道理,造成太平洋盆底的巨大凹陷和地壳的破裂、变易的原动力,不就有了着落吗?但是这毕竟是臆测性的,缺乏足够的科学根据。

4.沉陷说

持这种观点的认为:大陆在漫长的岁月中经历了若干次升降运动,时而下沉,被海水淹没,时而上升,露出海面。因此,我们所见到的海洋,只不过是因下沉而被海水淹没的大陆罢了。

这种沧桑之变,前面我们已经写过了。但是用来解释海洋的形成,似乎说得很透,又似乎什么也没有说清。沧桑变化的例子多得很,如美国孤岛海丘1.4亿年前曾是岛屿,后来逐渐下沉,到200万年前完全没入水中。又如离日本120千米的海域里,有一块200千米长、80千米宽的陆地,于2200万年前开始下沉,每一万年下沉一米多,现在已下沉到了2000米深处。又如芬兰岸边的波罗的海海底正在上升,100年前芬兰渔夫在贴水面岸石上刻的标记,待子孙们去寻找,那标记已经高出水面两米多了。

但是,无论举多少例子,都是个别现象。从某一局部来说,大海变陆地,或陆地变大海,都是千真万确的事实,而由此得出今天的海洋就是过去的陆地这一普遍性结论则是错误的。20世纪初,人们发现海洋具有完全不同于大陆的物质成分,在耸入云霄的喜马拉雅山上,可以找到鱼的化石,茫茫大海水之下却很少发现沉陷大陆的踪影,那又怎么简单断言今天的整个海洋就是昔日的陆地呢?

魏格纳的新发现

前面所写的诸多说法,有一点似乎是没有争论的:海洋一经出现在地球上,虽然以后地壳不断有垂直升降运动发生,那也只是改变其局部轮廓,大的变动,特别是大的横向变动不再发生了。到了20世纪初期,德国地球物理学家魏格纳(1880-1930)提出了异议。

1910年的一天,魏格纳望着墙上的一张世界地图出神,无意中发现一个十分奇怪的现象;美洲巴西那块突出的部分与非洲喀麦隆凹陷进去的这一部分,就像一张大纸撕成两半,自然吻合。魏格纳跟哥伦布发现新大陆一样惊呆了。

再细看,地球上这块大陆的对岸线似乎都有些奇怪,这边凸出,那边凹进,这边一墩,那边一湾,这难道是偶然的巧合吗?

一年之后,魏格纳看到一些材料,说明美洲、欧洲、非洲在地质、生物等方面有许多相似之处,他还联想到早年到格陵兰岛考察途中见到巨大冰山漂移的情景。这时,他的一个大胆的假说形成了:

地球上的大陆原本都是连在一起的,由于潮汐的摩擦力和地球自转的离心力,把大陆分裂成几大块,然后向不同的方向漂移开来。美洲离开非洲、欧洲而去,中间就形成了大西洋;印度次大陆与南极洲分离北上,与亚洲撞接,喜马拉雅山便横空出世;亚洲西漂,在东岸留下碎片,成为今天的岛弧线:七大洲四大洋的基本格局才由此形成。