月球的形成對地球演化的影響？

【專家解說】：太陽形成初期，地球繞太陽公轉(zhuǎn)軌道上的氣塵圈受到太陽風(fēng)的擾動或彗星的轟炸，產(chǎn)生斷裂口，并不斷向兩邊卷縮（向外）。這時斷裂層中物質(zhì)的溫度很高，很可能處于熔融狀態(tài)或接近熔融狀態(tài)下。隨著兩球質(zhì)量和體積的不斷增大，形成了兩顆大小不一，自轉(zhuǎn)方向相反的星球，中間連著一條弧形的帶子，它們一起繞著太陽公轉(zhuǎn)。由于斷裂層中的物質(zhì)不斷地散熱，因此，隨著兩球距離的不斷縮短，整個斷裂層中物質(zhì)的溫度也逐漸降低，特別是兩球中間帶子中物質(zhì)的密度小，散熱快。當(dāng)兩球比較接近時，帶子中的物質(zhì)凝結(jié)成溫度較低的、稠密的小顆粒（包括氣塵物質(zhì)），不斷地掉落到兩球上去。所以，當(dāng)兩球接近時，都已經(jīng)有了一個比較堅硬的外殼，外殼上覆蓋著一層很厚的、疏松的塵埃土。它們都保有一定的大氣，特別是地球的大氣層很厚，而且大氣中充滿了干燥的塵埃物質(zhì)。 地球和月球圍繞太陽公轉(zhuǎn)的方向相同，地球繞太陽公轉(zhuǎn)的速度比月球繞太陽公轉(zhuǎn)的速度快。當(dāng)?shù)厍蜃飞显虑驎r，在萬有引力的作用下，兩顆星球迅速接近，并且促使月球在地球上“軟著陸”。 月球在地球軟著陸前，由于地球從太陽里獲得的角動能大于月球從太陽里獲得的角動能，因此，當(dāng)?shù)厍蜃飞显虑驎r，地球略占公轉(zhuǎn)軌道的外圍，而月球略占公轉(zhuǎn)軌道的內(nèi)圈。同時，月球在地球和太陽引力的作用下，也具有向軌道圈內(nèi)讓的趨勢。特別是月球進(jìn)入地球的大氣圈后，地球大氣對月球產(chǎn)生了浮力，并具有很大的水平推力，因此，月球也會像流星一樣以弧線的形式掉向地球。這就是說，月球和地球在軌道上不是正面碰撞，再加上地球快速自轉(zhuǎn)，削弱了兩球部分的撞擊力，以及兩球表面疏松塵土的緩沖作用，月球在地球上軟著陸時，兩球才沒有產(chǎn)生爆炸。月球雖說是在地球上軟著陸，但也在地面上砸出一個很大的窟窿，有相當(dāng)部分的體積嵌入地球表層。由于地球內(nèi)部充滿了可塑性的熔融物質(zhì)和一些放射性元素衰變時產(chǎn)生的氣體元素，因此，月球被地球內(nèi)部的壓力反彈而出，再加上地球快速自轉(zhuǎn)的緣故，月球就像一個大車輪，以接觸面的東端為轉(zhuǎn)軸，沿著地球自轉(zhuǎn)的方向向外滾出，它的自轉(zhuǎn)方向被徹底地改變。所以地月系形成后，月球的自轉(zhuǎn)方向與繞地球公轉(zhuǎn)的方向都和地球的自轉(zhuǎn)方向相同。也是由于這種原因，使得月球的自轉(zhuǎn)周期和繞地球公轉(zhuǎn)的周期近乎相等。這也能夠很好地解釋月球繞地球公轉(zhuǎn)的軌道為什么近似圓形，以及白道面與黃道面為什么如此接近。 目前“中空的月球”似乎被一些天文學(xué)者炒得沸沸揚(yáng)揚(yáng)，神秘莫測。其實月球是實心的，不過，月球內(nèi)部確實存在著一些不相連接的“孔洞”，這些孔洞只不過是月球火山爆發(fā)后冷卻下來的巖漿室。而且，在現(xiàn)在的月球上應(yīng)該殘留著當(dāng)時與地球接觸面（特別是邊緣地區(qū)）摩擦或被烘烤的痕跡。至于月球與地球物質(zhì)含量的差異 性，我們必須追溯到太陽誕生后，是以 什么樣的機(jī)制把重元素物質(zhì)拋離球面的。太陽向外拋撒物質(zhì)并不像光一樣均勻，而是一波一波地進(jìn)行，就像耀斑爆發(fā)后以日餌的形式向外拋出粒子，這樣就會導(dǎo)致在同一個氣塵圈中，不同的區(qū)域物質(zhì)的含量不同。所以在同一個氣塵圈中形成的兩顆星球，物質(zhì)的含量也就不一定相同。 月球在地球的著陸點很可能是在地球赤道略為偏北的地方。月球在地面上軟著陸，開始時仍在不停地自轉(zhuǎn)，使兩球的接觸面不能牢固地黏合在一起，因此，月球才有可能被地球內(nèi)部的壓力反彈出來，以及地球快速旋轉(zhuǎn)的離心力甩出。月球被地球甩出后，絕大部分的月球大氣仍留在地球的大氣層里。 月球在地面上軟著陸時，它的自轉(zhuǎn)方向與地球的自轉(zhuǎn)方向相反，因此，月球表面上疏松的塵土?xí)奂诠叛蟮奈鞑康貐^(qū)。（注：古洋是由月球在地球上砸出來的窟窿演化形成的。）這些聚集在古洋西部的塵土或多或少地受到擠壓，致使這些塵土相對于地球其它地區(qū)的疏松的塵土來得結(jié)實一些。 月球被地球內(nèi)部的壓力彈出后，在地球赤道地區(qū)留下一個很大的窟窿，大氣流經(jīng)這里時就產(chǎn)生了大旋渦，促使這個窟窿逐漸擴(kuò)大，并不斷地向兩極侵蝕。地球表面上的塵土在大氣風(fēng)暴的作用下，形成一個個大土丘，像沙漠中的沙丘一樣。這些土丘在大氣風(fēng)暴的搬運下，在地球表面上到處亂竄，而且這些土丘的質(zhì)量很大，對地球內(nèi)部施加不平衡的壓力，促使地球內(nèi)部分異的加劇。 一些放射性元素衰變時產(chǎn)生的氧與氫元素合成水，這些水首先以蒸汽的形式逸散到大氣中去，促使大氣中的固體微粒逐漸黏合在一起，形成小顆粒掉到地面上來。隨著地球表面溫度的降低以及合成的水越來越多,地面開始潮濕,大部分的土丘根部蓄上了水,能比較牢固地黏在原始地殼上(地球的原始地殼是在莫霍洛維奇面下),其余的部分在大氣風(fēng)暴的搬運下,依附到其它的土丘上,或填滿其它相鄰?fù)燎鸬臏羡?就這樣逐漸演化成一片以古洋西岸為邊界的,幾乎連接南北兩極的古大陸板塊 (莫霍面上的硅鎂層)。 古大陸形成過程中，受“季風(fēng)”的直接影響是很大的。由于當(dāng)時地球表面比較光滑，虛浮在原始地殼上的塵土在季風(fēng)的搬運下，會在風(fēng)力較弱的地方沉積下來。這樣，在靠近地球的南北極圈處，就形成了兩片古大陸板塊，而且穿過赤道連接著一條開口向東偏南的大陸帶。由于古洋占據(jù)了地球表面的一大部分，特別是古洋地區(qū)的旋風(fēng)作用，致使地球在很早時期就可能形成三軸橢球體，而且南大陸的面積大于北大陸的面積。 地球上合成的水越來越多，一些洼地和溝壑蓄上了水，促使地球原始綠色植物的出現(xiàn)。綠色植物出現(xiàn)后，植物在光合作用中放出游離氧，對原始大氣產(chǎn)生緩慢的氧化作用，隨著綠色植物的增多，這種氧化作用逐漸加快，致使原始大氣發(fā)生了根本性的變化。一氧化碳變?yōu)槎趸?，甲烷變成水汽和二氧化碳，氨變成水汽和氮。植物光合作用的持續(xù)進(jìn)行，氧氣才從二氧化碳中分解出來，最后逐漸形成以氮和氧為主的現(xiàn)代大氣。（大氣在氧化過程中，雷電可能起了很大的作用。） 由于地球表面溫度的降低，原始大氣在氧化過程中產(chǎn)生的水汽，大部分凝集成液態(tài)水降落到地面，匯聚到洼地中，并逐漸充滿了大洋。 地球上水的來源，很可能是多方面的。 1、地球聚集過程中，很可能包含了一些水合化合物； 2、原始大氣可能彌漫著許多蒸汽云； 3、大氣氧化過程中合成水（主要）； 4、放射性元素衰變時產(chǎn)生的游離氧與氫元素合成水； 5、紫外線輻射產(chǎn)生游離氧并與太陽輻射出來的質(zhì)子流結(jié)合成水。因此，地球上水的總儲量很可能還在極其緩慢地增多。 地月系形成后，地球受到以下幾方面的作用，致使地球內(nèi)部的物質(zhì)再次熔融： 1、放射性元素（包括短壽命放射性元素）衰變時產(chǎn)生的熱積累。 2、月球和太陽引起的潮汐能被保存下來。 3、類似于太陽形成過程的壓縮效應(yīng)的熱積累。 地球主要通過上述的幾種效應(yīng)，使地球內(nèi)部絕大部分的物質(zhì)熔融，并進(jìn)行了全方位的分異過程。在分異過程中，重的物質(zhì)沉入地心，輕的物質(zhì)浮上來。輕的物質(zhì)浮上來的同時，也把內(nèi)部的熱量帶上來，但在原始地殼（剛性）的阻隔下，聚集在現(xiàn)今的軟流圈處。這時，地球的水圈已經(jīng)存在，大洋底下的原始地殼向外散熱，在很大程度上是靠水的熱對流傳遞，而古大陸板塊（莫霍面上的硅鎂層）就像一席很大的被子，蓋在底下的原始地殼上，致使古大陸板塊底下的原始地殼的軟化程度勝于大洋底下的原始地殼。因此，地球早期大規(guī)模的火山爆發(fā)應(yīng)發(fā)生在古大陸上的一些薄弱地帶。隨著火山爆發(fā)的持續(xù)進(jìn)行，古大陸板塊越積越厚，大洋的水位也越來越高。（因此，地球早期出露在海平面上的陸地很可能比現(xiàn)今的陸地少得多。）由于原始地殼的軟化，再受到潮汐的水平擠壓力，地球自轉(zhuǎn)速度變化的水平擠壓力和月球、太陽的引力，以及地球內(nèi)部分異過程中的不平衡壓力，致使古大陸板塊開始產(chǎn)生裂縫，并不斷飄移。地殼板塊的運動，也就意味著大規(guī)模造山運動的開始。 地球漫長的演化過程中，地殼大體可以分為三大階段： 第一代地殼：原始地殼（莫霍面下），時間：地月系形成后不久。 第二代地殼：古大陸形成（主要是莫霍面上的硅鎂層），時間：地殼板塊運動之前。 第三代地殼：現(xiàn)代地殼（硅鎂層十硅鋁層），時間：地殼板塊運動之后。 軟流圈的存在并不是偶然的，它的存在給地殼運動帶來蓬勃的生機(jī)。下地幔向上輸送熱量大于地殼向外散熱，很可能就是導(dǎo)致軟流圈能夠長期存在的主要原因。下地幔中的物質(zhì)長期處于高溫高壓的環(huán)境中，具有溯性變形的特點，所以它向上輸送熱量除了“傳遞”之外，還伴有局部的溯性流動。而近似鋼體的地殼向外散熱，主要以傳遞的方式來完成，這就導(dǎo)致了熱量在地殼下面的富集，形成軟流圈。但也有可能是軟流圈所處的位置的溫度、壓力等條件，正好允許巖石的熔融態(tài)和固相同時存在。軟流圈中熱量的不斷聚集，就會迫使地殼要以某種新的散熱方式來達(dá)到平衡。目前，我們都知道地殼向外輸送熱量的主要機(jī)制是洋底擴(kuò)張，并伴隨有局部的火山爆發(fā)。從古陸橋的分離——接融；大西洋的張開——閉合，似乎可以看出，地球內(nèi)部向外輸送熱量不是均衡的，而是一波一波地進(jìn)行，只是由于時間間隔很長，讓人難以捕捉其信息，這和地球出現(xiàn)的大冰期應(yīng)該有著直接的聯(lián)系。有趣的是大陸冰川和地殼運動的活躍期似乎交替出現(xiàn)，好象也沒有證據(jù)證明大陸冰川期間，有廣泛的地表巖漿活動。這可以從兩個方面來理解： 1、假如下地幔向上輸送熱量是平穩(wěn)的，軟流圈不斷蓄積熱量的結(jié)果就會使地殼運動的活躍期具有不太準(zhǔn)確的周期性，而且地殼的釋熱方式是爆發(fā)性的，時間也不會持續(xù)得很久。 2、如果下地幔向上輸送熱量是不均衡的，它同樣會導(dǎo)致地殼運動的活躍期與寧靜期交替出現(xiàn)，只是時間持續(xù)的長久一些，而且地殼這種釋熱方式大部分是非爆發(fā)性的，從地質(zhì)歷史上我們可以把它劃分出來。 縱觀地殼的演化史，似乎比較符合上面的第二種說法，這會給人一種出乎意料的感覺。如果說下地幔在不同時期向外輸送熱量是不均衡的，那么，地球中心部位產(chǎn)生的熱量也是不均衡的。這在文章的后面講到地磁極倒轉(zhuǎn)時，再加以討論。 尋找地球原古大陸的方法，決不可以簡單地用現(xiàn)今地殼的板塊去拼湊。從太平洋板塊的多次更新，以及阿爾卑斯山的造山運動可以看出，現(xiàn)今地貌只不過是地球漫長時期演化過程中的其中的一幅圖畫。探索地球早期地貌的方法，應(yīng)該利用殘留在巖石中的古地磁去拼湊，并結(jié)合古代幾次大冰川作用遺留下來的證據(jù)加以研究。不過，遺憾的是既使用這種方法，也不能準(zhǔn)確地追溯到地球原古時代的古大陸板塊。因為原始地球形成時，表面上沒有硅鋁層。地球漫長的演化過程中，幾乎把原始地球地貌的信息全部消融。1、原古大陸上面覆蓋著幾千米至幾十千米的硅鋁層；2、廣泛的深層巖漿活動，以及上覆硅鋁層的重壓，使原古大陸的物質(zhì)產(chǎn)生變質(zhì)或重結(jié)晶，這從物質(zhì)成份上很難區(qū)分開來；3、板塊運動把原古大陸扯得支離破碎，甚至被消減。從以上的三個方面來看，似乎暗示著我們?nèi)祟悓⒂肋h(yuǎn)無法確切地回映原始地球的地貌。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，今后的地球物理學(xué)家們是否能找出一種更好的方法來研究原始地球，還是一個未知之?dāng)?shù)。 原始地球的地心沒有固體核。因為地球如果是冷凝的，它在分異過程中，地心的物質(zhì)應(yīng)該先熔化，或者靠近地心的物質(zhì)熔化后，必定先流入地心，使地心的物質(zhì)產(chǎn)生熔融；如果地球是熱聚的，那么地心本來就是熔融的。地心的固體核，是在地殼大規(guī)模的火山爆發(fā)，以及下地幔的固結(jié)之后，才逐漸產(chǎn)生的。 地球早期的地?zé)幔饕獊碓从诜派湫栽兀òǘ虊勖派湓兀┧プ儠r產(chǎn)生的熱積累。而現(xiàn)在的地?zé)?，一方面主要是來源于地球?nèi)地核增大所釋放的凝固熱，以及長壽命放射性元素衰變時產(chǎn)生的熱積累；另一方面是由于內(nèi)地核受到月球和太陽的引力作用，對外地核施加不平衡的壓力，這種高壓控制下的物質(zhì)移動或流動將產(chǎn)生很大的熱量。 由于地月系圍繞著它們共同的質(zhì)心旋轉(zhuǎn)，并且地球自轉(zhuǎn)的角速度大于月球繞地球公轉(zhuǎn)的角速度。因此，月球?qū)?nèi)地核的引力作用，致使內(nèi)地核對靠近月球的外地核熔融物質(zhì)的擠壓，會使外地核熔融物質(zhì)逆著地球自轉(zhuǎn)的方向流動。（這也許就是導(dǎo)致地球自轉(zhuǎn)速度變慢的主要原因。）又由于外地核熔融物質(zhì)（主要是鐵元素）長期處于高溫高壓的環(huán)境中，容易失去電子，呈現(xiàn)正離子態(tài)，而正離子的運動就好比閉合電流中的空穴運動。如果我們把外地核這種攜帶正離子態(tài)的熔融物質(zhì)的環(huán)形流動，理解為閉合電流，那么，我們就可以根據(jù)環(huán)形電流產(chǎn)生磁場的右手螺旋法則進(jìn)行判斷。以右手握環(huán)形導(dǎo)線，四指指向電流方向，也就是外地核熔融物質(zhì)的流動方向，則拇指指向為環(huán)形導(dǎo)線內(nèi)部的磁力線方向，因此，地球的磁南極是N極，磁北極為S極。地磁極倒轉(zhuǎn)是由于外地核熔融物質(zhì)運動方向倒致所引起的?？梢姡瑑?nèi)地核的運動，不僅受到月球的引力作用，以及外地核與下地幔交接處的固體表面所制約，同時與外地核熔融物質(zhì)的粘稠度也有直接的聯(lián)系。外地核不斷向下地幔提供熱量的結(jié)果，就是使其母體本身溫度降低，粘稠度增大，從而限制內(nèi)地核運動的自由度。當(dāng)外地核熔融物質(zhì)的粘稠度增大到一定的數(shù)值時，內(nèi)地核對外地核施加的逆向機(jī)械轉(zhuǎn)矩，不能引起外地核熔融物質(zhì)逆著地球自轉(zhuǎn)的方向流動，使正向磁場消失。而外地核熔融物質(zhì)隨著地球自轉(zhuǎn)的方向轉(zhuǎn)動，所產(chǎn)生的逆向磁場的磁極位置，很可能和正向磁場的磁極位置重合，只是磁極的方向相反。這也許就是地磁極倒轉(zhuǎn)的根本原因。（地磁極發(fā)生倒轉(zhuǎn)時，地球自轉(zhuǎn)速度的變化幾乎為零。）當(dāng)外地核熔融物質(zhì)的粘稠度達(dá)到某一個極限值時，就會使靠近內(nèi)地核的熔融物質(zhì)產(chǎn)生相變，使內(nèi)地核增大，同時釋放出很大的凝固熱，促使外地核熔融物質(zhì)粘稠度的降低。內(nèi)地核對外地核施加的逆向機(jī)械轉(zhuǎn)矩又會使外地核熔融物質(zhì)逆著地球自轉(zhuǎn)的方向流動，從而使地磁極再發(fā)生反轉(zhuǎn)。 外地核熔融物質(zhì)粘稠度的變化，會使其體積也跟著相應(yīng)的變化，使地球的半徑產(chǎn)生輕微的伸張和收縮，這也許是導(dǎo)致地殼破裂的一個原因。 現(xiàn)代一些地球物理學(xué)家利用古地磁拼湊法，認(rèn)為北半球各大陸在很久很久以前與南極大陸匯聚于南極處。那么，是什么原因使得各大陸北遷？其動力機(jī)制是什么？我想，前次地磁極倒轉(zhuǎn)是造成各大陸北遷的根本原因。因為各大陸的巖石中包含了很多的磁性物質(zhì)，這些磁性物質(zhì)在巖石的形成過程中，被當(dāng)時的地球磁場所磁化，并且這種磁性會保留很長的時間，因此，這些被磁化了的磁性物質(zhì)會與倒轉(zhuǎn)后的地球磁場產(chǎn)生排斥作用。所以，如果地球再次發(fā)生地磁極倒轉(zhuǎn)，北極區(qū)可能先隆起，然后北半球各大陸會向南遷移。到那時，北極區(qū)可能成為一片汪洋，大洋的洋底擴(kuò)張主要會在北極區(qū)或北極圈附近。同時，南極大陸也有可能向北漂移。如果這樣，那么覆蓋在南極大陸上的冰川就會被馱到低緯度區(qū)域而逐漸溶化，因此，地球?qū)a(chǎn)生 翻天覆地的變化。 注：引自網(wǎng)易 逍遙的博客