給忙碌青少年講地球科學：重新認識生命家園（簡體書）

地球是一個令人驚訝的地方。或許你並不這麼認為，特別是當你眺望窗外時，看到眼前的一切都覺得十分平凡。但是，如果你能像科學家一樣仔細研究它，就會發現一些更有趣的東西，甚至包括一些令人難以置信的事情。這顆行星曾經是一團熾熱的熔巖，也曾經是一個巨大的雪球。北極的溫度曾一度炎熱如同熱帶，整個地中海也曾是一片幹涸，直到大洪水將其重新填滿。

即使在今天，我們的生存依然要依賴於那些看不見的奇跡。這顆行星得益於一層看不見的防護罩的庇護才免受紫外線的傷害，而另一層防護罩則使它免受來自太陽高能帶電粒子流的侵襲。我們適宜的氣候本身就是一個奇跡，它受到土壤、海風、云層反射、巖石鍛造的侵蝕以及火山噴發的制約（火山噴出的氣體使地球變得既涼爽又溫暖）。

還有地球的奇跡：生命。你或許認為，你—作為生物的代表—顯得沒什麼特別。但從整個宇宙的尺度來看，情況並非如此。你出生在目前所知宇宙中唯一一個存在生命的星球上，當然這也是生物汲取營養的唯一之地。

還有一點需要特別強調的，生物不是生活在地球上，它是地球不可分割的一部分。土壤調節氣候的作用是由微生物主導的，當大氣中的微生物數量增多使云層變得更白時，云層把陽光反射回太空的能力就會增強，甚至地球淺表的一些巖石也是由死去很久的生物組成的。

地球可不僅僅是一個在太空遨遊的巨大飛行物，而是一臺由生物與地質、水、冰和大氣相互作用的機器。一切都是相互聯系的。這本書將會幫助讀者更好地認識這些事物，理解它們是如何相互作用的。

前兩章討論地球的誕生和歷史，從它第一次出現圍繞早期太陽旋轉的氣體云，一直講到海嘯將英國與歐洲其他地區隔絕。第3 章研究地球的結構，我們從地表開始，由哺育生命的土壤講到堅硬的鐵質地核。第4 章和第5 章引出板塊構造的概念，這將使我們能夠更多地了解地震、地球溫度的調節機制以及我們大陸未來的漂移。

第6、第7、第8 章從大氣層開始探索地球不同的“圈層”。我們用大部分篇幅探討生命繁衍和天氣變化的大氣底層，但也會有一部分內容涉及太空邊緣。對於水系，我們將潛入海洋，研究驅動全球水流的力量。對於生物圈，我們將探索生命是如何出現的，以及它們是如何影響地球演化的。

最後，我們關注的是人類對地球系統的影響。第9 章介紹了人類世，這是一個新提出的地質時代，旨在認識我們對地球的深刻影響。第10 章介紹了當今氣候變化對生命的最大威脅。我們審視人類已有的知識與未知的學問，並思考我們是否能夠解決這些問題。

衷心地希望這本書能改變你對地球的看法，讓你不再認為它很平凡。或許你會深深入迷的。

1 誕生之初

2 漫長的時間

3 地球內外

4 板塊、地震和火山噴發

5 轉變觀念

6 大氣、氣候和天氣

7 海洋

8 生命

9 歡迎來到人類世

10　氣候變化

結語

50 個有用的知識點

名詞表

神秘的開始

人們一般認為太陽系誕生的時間零點是45.67億年前，而到了45.5 億年前，地球約65% 的部分已經組裝完畢。

早期的太陽系是一個充滿活力的地方。在最初的幾億年裡，碰撞很常見，地球很受傷。大約45.3 億年前，就在幼年的地球乳臭未幹時，災難降臨了。它被一個火星大小的物體掃了一腳。撞擊將碎片拋入軌道形成了月球，碰撞產生的能量熔融了地球的表層，抹去了以前所有的地質記錄。那些沒有到達月球的汽化硅凝結為熔巖雨，沉積形成熔巖海。地球最終熔融到地核，形成固體表面的過程再次開始。

正如你稍後將看到的那樣，這並不是月球誕生過程的唯一版本。然而，似乎可以肯定的是，暴力事件仍在繼續，直到41 億至38 億年前的一次持續猛擊才結束，也就是今天所說的“晚期重轟炸”。至於這一階段究竟有多麼激烈，持續了多長時間，目前仍在爭論之中。

這些絕對暴力的事件是我們對地球最初5 億年的認識存在偏差的原因之一，這是一個被稱為冥古宙（Hadean）的地質時代，該名稱源自古希臘神話中的冥王哈得斯（Hades）。科學家編造的故事最符合他們所掌握的證據，證據來自我們的物理和化學知識、動手實驗的結果、對其他天體的觀測以及計算機模擬。

目前科學家正在進行研究，並不斷獲得新的發現，建立新的模型，以回答我們的許多問題。那些被我們自以為已經掌握的理論在不斷受到新證據的挑戰，所以科學家的故事也在變化。

在我們尚未回答的問題中，有一個是關於地球上的水來自哪裡。地球離太陽很近，在形成之初，它可能太熱了，使得水很難從氣云中簡單地凝結出來。無論如何，在形成月球的大碰撞過程中，地球收集到的水很可能會蒸發掉。一種可能的解釋是，水是後來才獲得的，在後期重轟炸期，來自太陽系外的冰冷彗星和小行星將水送到了地球上。

還有一個問題是地殼是什麼時候形成的。今天的地殼幾乎全部由不超過誕生之初38 億年的巖石組成，所以在地面上，冥古宙遺留下的痕跡很少。現存的古老巖石，絕大部分都被熱和壓力改變了。值得慶幸的是，有一種可能已經非常古老，被稱為鋯石的微小晶體，正在向我們傳遞重要信息。再加上不斷改進的微量分析方法，這些發現可能會改寫早期地球的故事。

還有一種方法可以讓我們更多地了解冥古宙，在月球和火星上進行礦產勘探也可以揭示地球在大碰撞之前的樣子。與地球不同的是，這些星球沒有經歷重新熔融，因此在它們的表面上找到真正古老巖石的機會要大得多。我們甚至會有如同中大獎一樣的幸運，找到一塊冥古宙時期被小行星撞擊而進入太空，隨後又降落在月球或火星上的碎片。

有了這些關於對地球誕生之初的知識基礎，接下來讓我們深入探討那些讓地球科學家、天體物理學家和古生物學家夜不能寐的問題。