书城科普宇宙大探秘
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第21章 地球——人类的家园(5)

平流层以上是中间层,这里的空气已经很稀薄,突出的特征是气温随高度增加而迅速降低,空气的垂直对流强烈。

中间层以上是暖层,暖层最突出的特征是当太阳光照射时,太阳光中的紫外线被该层中的氧原子大量吸收,因此温度升高,故称暖层。

散逸层在暖层之上,为带电粒子所组成。

臭氧层

臭氧层是指大气层的平流层中臭氧浓度相对较高的部分,主要作用是吸收短波紫外线。臭氧层密度不是很高,如果它被压缩到对流层的密度,它会只有几毫米厚了。

大气层的臭氧主要以紫外线打击双原子的氧气,把它分为两个原子,然后每个原子和没有分裂的O2合并成臭氧。臭氧分子不稳定,紫外线照射之后又分为氧气分子O2和氧原子,形成一个继续的过程臭氧氧气循环,如此产生臭氧层。

地球各地臭氧层密度大不相同,在赤道附近最厚,两极变薄。北半球的臭氧层厚度每年减少4%。现在大约4.6%的地球表面没有臭氧层,这些地方成为臭氧层空洞,大多在两极之上。

臭氧吸收太阳光中的紫外线并将其转换为热能加热大气,由于这种作用,使地球得以“保暖”。

3.温室气体的作用。

如果大气层中的臭氧减少,则会导致地面气温下降。因此,臭氧的高度分布及变化是极其重要的。

臭氧层空洞

20世纪70年代,当时英国的科学家通过观测首先发现,在地球南极上空的大气层中,臭氧的含量开始逐渐减少,尤其在每年的9~10月(这时相当于南半球的春季)减少更为明显。美国的“云雨7号”卫星进一步探测表明,臭氧减少的区域位于南极上空,呈椭圆形,1985年已和美国整个国土面积相似。

这就好像天空塌陷了一块似的,科学家把这个现象称为南极臭氧洞。南极臭氧洞的发现使人们深感不安,它表明包围在地球外的臭氧层已经处于危机之中。于是科学家在南极设立研究中心,进一步研究臭氧层的破坏情况。

1989年,科学家又赴北极进行考察研究,结果发现北极上空的臭氧层也已遭到严重破坏,但程度比南极要轻一些。

臭氧层出现空洞的原因

关于臭氧层空洞的形成,在世界上占主导地位的是人类活动化学假说:人类大量使用的氯氟烷烃化学物质(如制冷剂、发泡剂、清洗剂等)在大气对流层中不易分解,当其进入平流层后受到强烈紫外线照射,分解产生氯游离基,游离基同臭氧发生化学反应,使臭氧浓度减少,从而造成臭氧层的严重破坏。为此,于1987年在世界范围内签订了限量生产和使用氯氟烷烃等物质的蒙特利尔协定。

另外还有太阳活动说等说法,认为南极臭氧层空洞是一种自然现象。

1999年中国科学家杨学祥提出,仅仅是氟利昂的作用还不够,太阳风射来的粒子流在地磁场的作用下向地磁两极集中,并破坏了那里的臭氧分子,这才是主要原因。绚丽多彩的极光现象就是太阳风造成的,所以说太阳风对两极的大气层的影响最大。如果是人类造成的臭氧层黑洞,那么人类密集的温带和热带地区的大气层没有臭氧层空洞,反而是人迹罕至的两极出现臭氧层空洞。这说明,臭氧层空洞主要是太阳风造成的,而不是人类。

但是,无论如何,人为地将氯离子送进大气,破坏大气层的自然环境,肯定是一种有害行为,避免这种行为,总是有好处的。

生命起源问题

在广阔的自然界里,生存着种类繁多、千奇百怪的各种生物。在40多亿年前,地球上就出现了最早的生命——微生物,又称“原始生命”。到目前为止,人类已知的世界上现存的动物有110多万种,植物和微生物50多万种。

那么这些生物是怎样产生的?生命到底源自何处?虽然科学家们对此提出了各种不同的假说,但生命起源问题仍是迄今为止尚未解开的一个谜团。

创世论(神创论)

创世论否认一切的事物是自然形成的说法。它认为哪怕是正在呼吸的空气,也是被神创造出来的。在《圣经》上说,“起初,神创造天地”。然后“根据自己的样子创造了人”。

创造论已经被证明为是一种荒谬的解释。现代科技使人类拥有了非凡的制造能力,但却对更多的生命问题无能为力,原因也在于生命是自组织的而不是被制造的,制造能力再大也无能为力。

自然发生说

自然发生说又称“自生论”或“无生源论”,认为生物可以随时由非生物产生,或者由另一些截然不同的物体产生。如中国古代所谓“肉腐出虫,鱼枯生蠹”、亚里士多德说的“有些鱼是由淤泥及砂砾发育而成”。中世纪有人认为树叶落入水中变成鱼,落在地上则变成鸟等。

自然发生说是19世纪前广泛流行的理论,这种学说认为,生命是从无生命物质自然发生的。

在西方,亚里士多德就是一个自然发生论者。有的人还通过“实验”证明,将谷粒、破旧衬衫塞入瓶中,静置于暗处,21天后就会产生老鼠,并且让他惊讶的是,这种“自然”发生的老鼠竟和常见的老鼠完全相同。

1860年,法国微生物学家巴斯德发现,将肉汤置于烧瓶中加热,沸腾后让其冷却,如果将烧瓶开口放置,肉汤中很快就繁殖生长出许多微生物;但如果在瓶口加上一个棉塞,再进行同样的实验,肉汤中就没有微生物繁殖。巴斯德认为,肉汤中的小生物来自空气,而不是自然发生的。他的实验为科学家进一步否定“自然发生论”奠定了坚实的基础。

化学起源说

化学起源说是被广大学者普遍接受的生命起源假说。这一假说认为,地球上的生命是在地球温度逐步下降以后,在极其漫长的时间内,由非生命物质经过极其复杂的化学过程,一步一步地演变而成的。

宇宙生命论(或泛生说)

这一假说提倡“一切生命来自生命”的观点,认为地球上最初的生命来自宇宙间的其他星球,即“地上生命,天外飞来”。

这一假说认为,宇宙太空中的“生命胚种”可以随着陨石或其他途径跌落在地球表面,即成为最初的生命起点。现代科学研究表明,在已发现的星球上,自然状况下是没有保存生命的条件的,因为没有氧气,温度接近绝对零度,又充满具有强大杀伤力的紫外线、X射线和宇宙射线等,因此“生命胚体”是不可能保存的。

这个假说实际上把生命起源的问题推到了无边无际的宇宙中去了,同时这个假说对“宇宙中的生命又是怎样起源”的问题,仍然缺乏解释。

航天航空技术使人类大开眼界,看到了一个又一个前所未闻的有趣现象。地球不但有“尾巴”,还有“腰带”,这是怎么回事呢?

地球的“尾巴”

科学家从探测卫星发回的资料中发现了地球也像彗星一样,拖着一条长长的大尾巴,只不过彗星的美丽尾巴用肉眼可以看见,而地球的尾巴却是用肉眼不看不到的。地球的尾巴总是长在背太阳的一面,状似前粗后细的圆柱体,长达数百个地球半径,直径约为40个地球半径。

科学家解释说,这是太阳风与地球的偶极磁场互相作用造成的。太阳风到达地球附近时,使地磁场的磁力线向后弯曲。朝向太阳一面的地磁场被压缩成一个球面形,而背向太阳一面的地磁场被向后拉长,便形成了这条又粗又长的磁尾。

地球的“腰带”

科学家还从探测卫星发回的资料中发现在地球500千米和60000千米的高空分别有两条神秘的“腰带”。较近的一条叫内辐射带(或内范艾伦带),较远的称为外辐射带(或外范艾伦带)。原来这两条神奇“腰带”是太阳不停地发射带电粒子,这些粒子被地磁场俘获,束缚在一定距离的高空,便形成了这两条带有许许多多电子和质子的具有很大能量的神秘“腰带”,据说它们还是产生地球极光的根源。

地球的“面纱”

科学家发现,在地球的大气层外,有一层半透明的尘埃云包围着地球,仿佛给地球蒙上了一层“面纱”。这层“面纱”跟地球的尾巴一样,是由宇宙尘粒构成的。1000个宇宙尘粒排在一起还不到1毫米。

厚厚的地层好比一本硕大无比的“石头大书”,夹藏在不同地层里的化石就像一种特殊的文字,记录着它生存活动的历史和地层的年龄。化石是划分地质年代的重要依据,也是人类开启地球迷宫的一把“钥匙”。

在有些五光十色的大理石上,镶嵌着许多美丽精致的花纹图案,有的像水中的波浪,有的像树木的年轮。这些花纹图案就是一种原始植物形成的化石,是七八亿年前一种水生藻类的遗体。这种由生物遗体形成的化石叫做遗体化石。它包括动物的骨胳、牙齿、贝壳及植物的茎。

除了生物遗体化石外,还有遗物化石和遗迹化石,如动物的粪便、蛋,古人使用过的工具,以及动物行走时留下的痕迹等。

1963年,在中国新疆地区首次发现了一种叫准噶尔翼龙的大型爬行动物化石,距今已有一亿多年的历史。这种个体巨大的翼龙与恐龙一样,属于已绝迹的古代爬行类动物。不过,翼龙有两支长达2米左右的前肢,展开时能够飞翔。它的眼睛又圆又大,视力非常敏锐,当它展翅在广阔的内海和湖面上飞翔盘旋时,能敏捷地捕食鱼类和其他动物。准噶尔翼龙化石的发现,证明了在1亿多年前,中国新疆的戈壁荒滩地区,原来曾是植物繁茂、碧波荡漾的湖区。

1964年,中国登山队员在8000多米的西藏希夏邦马峰上,发掘到一种巨大的海生动物鱼龙的化石,距今已有2亿多年历史。鱼龙是一种生活在大洋中的巨型动物,体长10多米,凶猛而善游。这一发现,再次有力地证明了在两亿多年前的中生代时,整个喜马拉雅山区都是一片苍茫辽阔的大海。

磁暴的危害

磁暴能够引起电离层的破坏,干扰短波无线电通讯,发生磁暴时信鸽会迷路,磁暴能改变人造地球卫星的运行状况和遥感方向,磁暴会影响定位、导航和短波通讯,磁暴还会对电力系统构成很大的威胁和破坏。

磁暴有可能干扰电工、磁工设备的正常运行;磁暴还有可能干扰各种磁勘探和磁测量工作。

对于家用电器来说,磁暴可对微波炉、冰箱、电视机等等产生致命损坏。对于人体而言,磁暴会使人们的血压突变、心血管出现爆裂、细胞变异,更容易增强癌症的发病率。

对于健康而言,会影响细胞的遗传器官、加速人体衰老,对人体细胞来说是天大的威胁和灾难,极其容易造成细胞机能的破坏,破坏肌肉组织系统,引发白血病、肿瘤等疾病。

世界卫生组织最近几年的调查显示:“电磁场与人的健康”国际科学规划指出,诸如癌症、行为发生变化、失忆、帕金森和老年性痴呆等其他诸多现象都是电磁场影响的结果。

医学家和科学家还证明,磁暴还会对人体内的神经系统、免疫系统、内分泌系统和生殖系统的细胞造成大的影响。

电磁场1分钟或者1小时的作用所引起的过程可以在神经系统延续好几个星期和几个月。经研究发现,凡长期接触电磁场的人,即使是强度不大,都会变得神经紧张。

磁暴的成因

既然磁暴的危害如此之大,它是怎么形成的呢?

首先要讲的是太阳耀斑。太阳耀斑就是一种最剧烈的太阳活动现象。当有太阳耀斑爆发时,其能量相当于10~100万次强火山爆发的总能量。并且耀斑爆发的时间一般很短,在几分钟到几十分钟之间,亮度上升迅速,减弱较慢。

一旦出现大的太阳耀斑,对于太阳表面来说就是一次惊天地、泣鬼神的大爆发,相当于上百亿枚百吨级氢弹爆炸的威力。

太阳耀斑的喷出物会以极其迅猛的速度冲击地球,当它和太阳风相互作用后,地球的磁层就会突然收缩,变的很不平稳,然后经过磁流体波传到地球表面,从而形成磁暴现象。