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{教育快讯}历史上真的有冰雪地球吗

来源:吉林福音时报作者:阙永春更新时间:2020-10-30 01:56:02 阅读:

本篇文章3004字,读完约8分钟

新闻背景

在最近热播的电影《流浪地球》中,地球表面的影像布满冰雪,连海洋都成了平坦的道路,运送火石的车辆畅通无阻。为什么电影里会有这样的设定?地球上有过这样的场景吗?

1。太阳系里有很多雪球

电影《流浪地球》中,地球在行星发动机的推动下,逐渐远离太阳,向着木星飞去,试图借助木星的重力加速度,帮助地球更快地飞向新的家园。电影中地球上冰雪的场景我们一点都不熟悉。事实上,这样的行星在太阳系中是最常见的,但我们现在的地球是不同的一种。

太阳占太阳系总质量的99.86%,也是太阳系最大的热发生器。离太阳越近,温度越高。比如最靠近太阳的水星,平均表面温度为427℃。而且远离太阳,温度很低,甚至氮气也会变成固体(低于-209℃)。

地球在太阳系中很特殊,比如有大气层和水,是一颗多岩石的行星(主要由固体岩石组成)。然而,这些特征并不是地球独有的。金星也有稠密的大气层,太阳系到处都是水。水星和火星也是岩石行星。地球最特别的地方在于它的位置,离太阳不远,很适中,正好在生命的宜居地带。在宜居带,温度适中、大气稠密的地球可以有大量的地表液态水,为生命的繁衍提供了良好的场所。但是,这个宜居区很窄。据科学家估计,它的内外边界距离太阳约0.9和1.5个天文单位(一个天文单位是地球与太阳的距离),最外层接近火星的轨道。一旦脱离这个范围,地球上的液态水要么蒸发,要么凝固成冰,不再适合复杂生物的生存。《流浪地球》中,当地球接近木星时,距离太阳5.2个天文单位,那么地球表面的液态水就会完全凝固成冰,地球就会变成雪球。

{教育快讯}历史上真的有冰雪地球吗

如果我们和流浪的地球一起飞出太阳系,我们会发现越来越多的冰雪世界。例如,天王星和海王星被称为冰巨人,因为它们的大气层下有大量的水冰。同样,2006年被踢出地球的冥王星,表面可能有一层厚厚的冰。飞越冥王星,地球进入黑暗世界。离太阳那么远,根本感受不到它的光辉。叫柯伊伯带,冥王星退化后归为柯伊伯带。这里的天体几乎都是冰冻世界,比如海王星、火神等。除了水冰,还有甲烷冰,甚至氮气冰。一些短周期彗星(如哈雷彗星)就起源于此。冰也是彗星的主要成分之一。

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2。历史上地球曾多次变成雪球

当然,电影中的“雪球”是编剧们的想象,但在地球的实际历史中,地球确实多次变成了雪球。

地球上的气候变化主要受阳光和地球大气层的控制。一般来说,光线越强,温度越高。大气的作用是使地球保持相对稳定的温度。大气中的云,当暴露在阳光下时,可以反射阳光,给地球降温。太阳下山后,大气中的二氧化碳和水蒸气等温室气体可以防止地球散热过快,保持地球温暖。如果没有大气层,地球就会像月球一样。太阳一照,温度可以升到100多摄氏度,到了晚上降到将近零下200摄氏度。地球历史上的雪球事件也主要受太阳光照和大气成分的影响。

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大约30亿年前,年轻的太阳光线比现在弱20%到30%左右,地球接收的太阳能少得多;然而,地球大气的组成与今天大不相同。可能主要是甲烷、二氧化碳、水蒸气等温室气体,尤其是甲烷,其温室效应比二氧化碳高20多倍。所以,虽然当时太阳很弱,但是由于大量温室气体的存在,地球表面的温度可能比现在高,足以保证液态水的存在,使早期生命的形成和发展成为可能。但是随着生命的进化,光合作用出现了,氧气作为代谢产物排入大气。随着氧气的出现,大气中温室气体含量减少(主要是甲烷氧化),地表温度降低,导致雪球事件。地球上的第一次雪球事件可能发生在29亿年前,但是这个雪球事件的证据很少,是否真的发生也值得怀疑。第二次可能在21亿到24亿年前。在此之前,发生了一次较大规模的大气氧化事件,大气中的甲烷几乎耗尽,最终大气中的氧含量达到目前水平的1%-2%。据科学家估计,当时地球被冰冻了3亿年,造成了生命的巨大灭绝。

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第三个也是最著名的雪球事件发生在6亿到7.5亿年前,是由大气中二氧化碳含量减少引起的。在此之前,地球上的陆地漂流了很长时间,变成了一片,形成了一个超大陆。在超大陆内部,海洋水汽难以到达,常年干燥,就像欧亚大陆的中部,比如蒙古和中亚。然而,超大陆很快破裂,海洋入侵,导致内陆地区更多的降水和更强的风化。岩石的风化消耗了空气体中大量的二氧化碳,这些二氧化碳以碳酸盐的形式固定在地层中,不能再参与气温的调节。

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这时候阳光还是比现在弱6%。温室气体含量的减少必然导致温度的降低,冰雪会逐渐从两极向赤道蔓延,最终覆盖全球。

3。危机也意味着重生

地球变成了雪球。雪上加霜的是,白雪和冰可以更有效地反射阳光,使地球吸收的能量更少,进一步加剧了严寒。那时地球的平均温度可能只有-50℃,赤道地区只有-20℃。整个世界就是一个大南极。随着冰层厚度的增加,冰川开始流动,移山填谷,非常厉害。

恶劣的气候必然会给生命带来巨大的破坏,生物圈几乎被完全破坏,生命只能在一些黑暗的角落里苟延残喘。在厚厚的冰层下,温度可能不会那么低,尤其是在一些火山附近,加热液体会不断喷出,就像现代海洋中的“黑烟囱”。在这些热液温泉附近,会有液态水,喷出的矿物质和硫化物足以支撑一个小生物圈。这种现象在现代海洋深处仍然普遍存在。可能是依靠这种能量,生命熬过了寒冬。然而,近年来的几项新发现可能为我们深入理解极端环境中的生命提供新的思路。2015年,美国在南极冰下的湖泊或冰架上进行了几次钻探,在800米冰面下极其贫瘠的湖泊或海水中发现了种类繁多的细菌,甚至鱼、虾等复杂生物。现在科学家们还不知道他们靠什么生活,但是更深入的研究将为我们解释生命是如何度过严冬的提供参考。无论如何,生命在冰冷的冰层下顽强地延续在一些相对温暖的角落,为未来的生物进化提供了无限可能。

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另一方面,在冰雪到来之前,世界上几乎以蓝藻和细菌为主,其他类型的生物发展的机会很少。严寒几乎完全摧毁了这一切,造成了大量的小生境空,为真核生物的发展提供了空。

滚雪球事件后期,伴随着强烈的地质运动,火山大量活跃,喷出大量二氧化碳等温室气体。当这些温室气体达到一定浓度时,温度缓慢上升,冰雪融化,在几千年内消失。冰雪融化形成的洪水给海洋带来了大量的陆地矿物质,为生物的繁荣提供了充足的营养保障。

冰雪过后,新旧交替,万物更新,新的生命形式爆发辐射,逐渐演变成今天的样子。

扩展阅读

为什么木星有这么多氢

木星大气的主要成分是氢。电影《流浪地球》中,就在地球撞上木星之前,大气层被木星引力吸走,氧气和氢气混合在一起。于是英雄想到点燃木星,用冲击波把地球推出去,防止地球和木头相撞。那么为什么地球的大气和木星的大气差别那么大呢?这要从太阳系的构成和行星的形成说起。

事实上,氢是整个宇宙中最常见的元素,今天大约75%的太阳是氢。基于此,可以推断,太阳系形成时,氢应该是主要成分。随着太阳的形成,太阳系大部分物质都集中在太阳内部,而太阳之外,元素是分层的。靠近太阳,温度很高,只剩下硅、铁、氧、硫等重元素,氢气很少。当这些元素聚集在一起时,它们形成了岩石行星,如水星、金星、地球和火星。只有金星和地球有足够的质量维持稠密的大气层,但质量不是特别大,氢可能已经逃逸。远离太阳,温度降低,重元素比例逐渐降低。行星的大气成分主要是氢,还有一些氦,比如木星、土星、天王星、海王星。但在柯伊伯带,恒星中的重元素很少,多为水冰和甲烷。需要注意的是,地球上的原始大气多为甲烷、二氧化碳等。,而现在的大气层是地球生物多年改造的结果。(贾斌)

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