【菜科解读】

从前面的有关宇宙起源和前面的讨论，想必大家对地球的总体情况，大概有了一个初步的了解。

接着，我们来具体说一说地球是如何产生的。

从138 亿年前的奇点大爆炸开始，宇宙一直处在不断的膨胀之中，成为由无数大小不同、形态各异的星际尘埃所构成的充满暗物质和暗能量的时空混沌体。

在这个时空混沌体中，有一颗围绕在初生太阳旁边的再普通不过的残片尘埃——星体，在距今约46亿年前出现了，它来源于原始太阳星云。

这颗星体被科学家称为原行星（protoplanet），这就是地球的雏形，也是大家所说的初始地球。

地球的孕育和成长过程是艰辛而激烈的，混杂着碰撞、破碎、高温和冷却过程，充满了各种变数。

陨石不断地冲击着这颗日益强大的星球，它们粉身碎骨地落在地球表面上，并通过熔化甚至汽化地球表面的岩石进而释放自身巨大的能量。

随着内部和外部因素 的影响，这颗年轻的地球在接二连三的猛烈撞击下发生燃烧、熔化，并在这个过程中，各种元素在神奇的魔力下翻滚、重组，合成新的矿物质。

与此同时，这颗不断成长的行星内部由于不稳定铀同位素的放射性衰变而发生沸腾。

在地球形成的早期，温度极高。

天上电闪雷鸣，地表火山喷发，地下熔岩涌动。

这是由数千至上万摄氏度的岩浆构成的炽热的球体，火山活动频繁，并时刻遭受各种宇宙尘埃的持续袭击，这种情况一直持续长达约8亿年之久。

这就是太阳系后期重轰炸时期。

在46亿年前至约38亿年前，属于地球演化至今的至暗时刻。

在这个时期，地球就是黑暗、寒冷太空中的一颗飘零的流星，在这颗多灾多难的炽热星球之上，根本没有任何生命迹象。

这就是地球形成的第一个时期，专业上叫作冥古宙（Cryptic Era），也叫地球的神秘时代或黑暗时代。

前已述及，地球是由围绕在初生太阳旁边的碎片演化形成的。

它携带尘土和岩石不停地自转，是一颗被太阳引力束缚着的小型天体。

一些永远不能凝结成行星的小行星碎片可以证明地球诞生的时间，其中最典型的就是月球。

有几十亿年历史的月球是那个时代的见证者。

由于没有空气的影响，因此月球的身世没有像邻家大姐——地球那样被外力反复改造。

我们地球的历史在海洋、大气和冰川的循环作用下消失或者被改写，但是月球上的陨石坑至今仍然保存得完好如初。

在宇宙演变过程中，可能某次超强烈的撞击导致了月球死气沉沉，只能永远成为地球的卫星，从而像化石一样不间断地记录着一段被宇宙事件抹去已久的历史以及邻居地球被侵蚀的过程（理查德·福提，2018）。

年代稍晚一些的坑还保留着剧烈撞击后留下的放射状疤痕，好像刺眼的弹坑。

月球上的陨石坑绝大部分出现在46 亿年前至38 亿年前，这些都是地史时期创世的证据，而在地球上这些类似的证据早已销声匿迹。

科学家从古老、多坑的月球表面采集岩石样品，经过放射性检测发现，这些样品的岁数可以为推算太阳系和陨石的年龄提供佐证。

因为经历了创世之初的动荡，很多星球的表面和月球一样满目疮痍，从而留存了演化的证据。

太空飞船实现了天文学家的梦想，使人类能够清楚地看见遥远星球上相关历史的印迹。

卫星图像显示，水星表面与月球一样遍布陨石坑，荒凉且死寂；

海王星有六颗新卫星，这些卫星表面坑坑洼洼，是超乎想象的荒芜之地。

所有这些证据表明，它们和月球一样同样没有逃脱被撞击的命运。

科学家认为，在月球、水星、海王星等星球上，这些贫瘠荒芜的岩石表面不可能蕴育生命，因为有机分子缺乏成为细胞的诱因，碳元素也没有左右逢源的机会。

这就意味着，生命的奇迹只能在其他星球上发生。

此时的地球，太阳紫外线极其强烈，闪电、宇宙背景辐射提供了各种形式的能量，从而有利于地球表面的原子、气态分子、颗粒尘埃等各种成因物质之间发生各式物理化学反应。

与此同时，随着时间的不断推移，各种宇宙尘埃不断坠落和累积，地球表面上堆积的沉积物就越聚越多，越堆越厚，从而使地球表层不断增厚。

专业上把这个过程叫作吸积（accretion）作用。

若干亿年后，这些不 断堆积在地球表面的小行星和陨石，与其他沉积物一起不断沉积、堆积、埋藏、变硬、成岩，构成地 球表面的岩层，这就是地球的原始地壳。

地球的地壳就是这样，在漫长的岁月中由掉落地表的各种宇宙尘埃物质堆积并石化形成的。

原始地壳表面并非平整的一块，而是分布着许多大小不同的板块。

于是开始有了液态的水圈，布满了低地、小湖泊、水池、水洼，混合着火山灰。

显然，当时的地球表面与现今的地球大相径庭。

需要说明的是，这时的地球表面已经存在有原始大气，但成分主要还是二氧化碳、甲烷等有毒气体。

当然，这种环境是不利于生命的诞生和生存的。

然而，就在不是地狱胜似地狱般的早期地球最黑暗时期，看似没有任何生命迹象的地球表面，宇宙中最大的奇迹却正在悄悄地酝酿——最古老的生命正在不知不觉地孕育之中。

经过了46 亿年前至38 亿年前无生命的黑暗时期以后，地球演化从太古宙开始到元古宙再到显生宙，从此踏上了有生命陪伴的从无到有、从简单到复杂、从低级到高级的全新发展过程。

从距今 38 亿年前到25 亿年前，大约13 亿年的地史时期与冥古宙最大的不同就是，由原核细胞构成的原始生命开始出现了，这个时期叫作太古宙（Archean）。

从此，开始进入了有生命陪伴的地球演化阶段。

与此同时，地球的体积和内部源源不断的热量之间发生着各种神奇的相互作用，两者必须达到完美的平衡——体积小一点地球有可能会被烧着；

体积大一点，地表就没有合适的温度来孕育生命。

此后，地球不停地围绕自己的轴自转，从而保证了整个球面都有机会面对无可替代的太阳的照射，使地球在舒适地享受着阳光恩赐的同时，又不至于被过分烘烤。

同样，地球和太阳的距离也是恰到好处——既没有近到地表生命会被灼伤，也没有远到阳光不 足，进而影响生命进行物理化学反应。

地球在宇宙中的位置和在太阳系中的自转都是生命出现前的铺垫。

科学家指出，如果当时的环境稍有一丁点变化，或者地球、太阳之间的距离发生微小波动，那么，地球很可能就会是另一番景象了。

最重要的是，地球很可能会因此而失去生机。

主要参考文献：

比尔·步森特 . 万物简史［M］. 严维明，陈邕，译 . 南宁：接力出版社，2007.

查理德·福提 . 地球简史［M］. 齐仲里，译 . 北京：中信出版社，2010.

查理德·福提 . 生命简史［M］. 高环宇，译 . 北京：中信出版社，2018.

彼得·沃特. 新生命史［M］. 李虎，译 . 北京：商务印书馆，2020.

覃建雄.万物起源与归宿［M］.中国旅游出版社，2023.

全球3/4人口缺水？地球步入“水资源破产”时代

联合国一份最新报告指出，由于过度消耗与全球变暖，地球已进入“水资源破产”时代，全球有3/4的人口生活在缺水、水污染或气候干旱的国家和地区。

伊拉克南部的哈维宰沼泽原本因长期干旱而逐渐干涸。

（新华社/发） 报告发现，全球70%的主要含水层正在萎缩，且很多变化不可逆转。

据调查，世界上很多地区不仅超额支取雨水和融雪带来的年度“收入”，还在不断透支那些需要数千年才能回补的地下水“储蓄”。

这主要由农业发展以及城市向干旱地区扩张导致，而气候变化让这些本就缺水的地方愈发干旱。

在土耳其，过度抽取地下水已导致近700处出现塌陷坑。

该报告作者，联合国大学水、环境与健康研究所的卡维赫·马达尼说：“如今，作为人类水资源‘活期账户’的地表水已经见底。

我们从祖先那里继承的‘储蓄账户’——地下水、冰川等，也几乎被挥霍一空。

世界各地都已出现‘水资源破产’的迹象。

” 据统计，目前全球大约有40亿人每年至少遭遇一个月的缺水危机，而这进一步加剧了移民潮、地区冲突和社会动荡。

去年，伊朗经历了50年来最干旱的秋季。

大量用于农业的大坝和水井，几乎吸干了曾是中东地区最大湖泊的乌鲁米耶湖，也让伊朗全国的地下水储备濒临枯竭。

为此，伊朗政府甚至提出要疏散首都德黑兰的居民，并尝试通过人工降雨来增加降水量。

科罗拉多河的流量20年间锐减了20%。

在美国，科罗拉多河的流量过去20年间锐减了约20%，主要原因是降水减少与蒸发加剧。

这条河除了被洛杉矶等城市作为饮用水来源，其河水还被大量引入农田用于种植家畜饲料。

与越来越多的河流一样，现在的它已无力奔赴大海。

研究表明，提高农业用水效率的技术，比如滴灌、喷灌，反而可能增加总耗水量。

原因在于精准灌溉能让作物充分吸收水分，而传统的大水漫灌后，多余的水还能流回河道。

因此，有专家提出必须削减农业的总用水量，因为它占到全球水资源消耗量的70%。

然而，全球有一半粮食产自水资源储量持续下降的地区。

缩减农业用水规模，将倒逼各国推进经济多元化转型。

目前，全球超10亿人依靠农业维持生计，其中大多数人生活在低收入国家。

即使在多雨地区，水资源也正面临新的威胁：数据中心在大量消耗水资源，工业废水、生活污水、化肥和粪便则在持续污染水体。

过去几十年，因被改作农田而消失的湿地面积与欧盟相当，这让全球在防洪、粮食生产和碳储存等生态系统服务方面，付出了约5.1万亿美元的沉重代价。

在大多数情况下，枯竭的河流、湖泊、湿地和含水层，再也难以恢复原有水文状态。

而冰川持续消融与消失，将导致数亿人的供水短缺。

马达尼认为，人类必须更好管理水资源，在此之前，大多数国家需要先摸清家底，核算其水资源储量与用水总量。

科学家使用特殊方法首次探测“超级地球”表面，结果很离谱

科学家首次对系外行星的表面进行直接分析。

科学家称，韦布太空望远镜的观测结果显示，一颗所谓的“超级地球”其表面看起来实际上可能与水星更为相似。

NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington LHS 3844 b是一颗比地球大30%的系外行星，也是一颗所谓的“超级地球”。

近日天文学家动用韦布望远镜，对这个距离我们约50光年的行星进行了首次表面热特征分析。

与以往进行的大气研究不同，这是人类首次对系外行星的表面进行直接分析。

分析结果出人意料，这个“超级地球”几乎毫无地球特色。

LHS 3844 b是一个拥有深色表面的荒芜世界，没有大气。

在某种程度上和太阳系的水星倒有些相似。

发现于2019年的LHS 3844 b环绕一颗低温红矮星运行，其一年只相当于11个地球日，且已被潮汐锁定——它的一个半球将永远朝向它的恒星，就像月球永远只用它的一个半球朝向地球一样。

因此，它的永昼面温度理论上可达725℃。

来自马克斯･普朗克研究所的Laura Kreidberg等科学家2023年和2024年在LHS 3844 b运行到恒星后方时对其进行了3次观测，他们使用韦布望远镜的中红外探测仪，对恒星炽热昼面产生的红外线进行了测量，并据此对它的表面特征进行了分析。

相关论文发表在今年5月4日的《自然：天文学》上。

通过与地球、月球和火星的已知矿物进行光谱比对，研究人员发现这颗行星的表面与富含硅和花岗岩的地球不同。

在地球上，地壳的形成通常与水推动的地质进程和板块运动有关，这会导致岩石发生循环，并使浅色的矿物上升到地表；

而LHS 3844 b的表面主要由玄武岩构成——玄武岩是一种深色火山岩，富含铁和镁，在月球和水星表面十分常见。

研究人员表示，在这颗行星表面，水十分稀少。

导致这一结果的原因尚不可知。

一种可能的情形是，LHS 3844 b的表面相对年轻，它可能被新近的火山活动重塑过，且还未被微陨石的撞击破坏。

但是此类过程会释放出二氧化碳或二氧化硫，而韦布并未探测到这些气体。

另一种可能是，这颗行星表面覆盖着一层厚厚的深色颗粒物。

这些颗粒物是在辐射和陨石撞击下，并且经历了漫长的岁月之后形成的——与月球或水星表面的情况相似。

如果没有大气层保护，行星表面会特别容易受到这种影响。

这一过程被称为“空间风化（space weathering）”，它会导致岩石分解，并使其颜色变得越来越深。

而这种情形需要行星表面在较长时间内保持地质稳定。

研究人员计划未来使用韦布进一步判断LHS 3844 b的表面特性，比如其表面岩石的状态是否相对完整，还是已经松散和风化。

参考 Astronomers Explore the Surface Composition of a Nearby Super-Earth https://www.cfa.harvard.edu/news/astronomers-explore-surface-composition-nearby-super-earth The dark and featureless surface of rocky exoplanet LHS 3844 b from JWST mid-infrared spectroscopy