
地球的年齡,大約是45億到46億年間。(宇宙年齡136億-137億年間)。
地球的結構:
地殼 Rigid mantle
軟流圈(80-200KM) Asthenosphere
地函/地幔 Stiffer mantle(固態,沾著狀),鐵、鎂
外地核 Outer core (液態),鐵、䤼
內地核 Inner core (固態),鐵、䤼
地核主要成份是鐵,地球的轉動使地球變成一個超大的磁鐵。地球的磁力線從地磁南極出發,經地表往北到地磁北極,然後從地磁北極穿越地心到地磁南極。於是指北針是指向北邊了。
(地球繞著太陽公轉的平面是黃道,而相對於黃道地球是略為傾斜的,赤道和黃道之間的角度ε(Epsilon)大約是23.44°(23°26’),因此地磁北極是偏離地理上的北極,地磁南極也是偏離地理南極的)
軟流圈(Asthenosphere)是地函/地幔最上面的那一個部分,因為減壓的關係,降低了熔點,地函/地幔中原為固態的物質液化,如果穿過地殼比較脆弱的部分,就成了火山爆發了。
地函、軟流圈是大陸板塊移動、造山運動動能的主要來源。
而就整個地球來看,地殼以下地函/地幔物質是對流湧動的。比較重的往下沈,比較輕的往上浮,而減壓降低熔點液化噴發到地殼外的,就是火山熔岩了。
在海中的熔岩,都會一律形成玄武岩,然而在陸地上的岩質則有各種的變化。
陸塊之間相互推擠,進行著造山運動。
以喜馬拉雅山脈為例。
約在5,500萬年前,從南方來的印度大陸板塊開始撞上了亞洲大陸,並進入到亞洲大陸板塊的下方,接觸點變形隆起,長時間下來,就形成了喜馬拉雅山脈了。
板塊固然會推昇山脈的高度,但是雨水侵蝕、風化及山崩則會減少其高度。
印度洋吹來的季風,形成雨季(monsoon season) ,帶來充沛的雨水,把隆起的山脈侵蝕,透過恆河、布拉馬普特河等等河川,把岩屑、土石帶到孟加拉灣,形成既寬又廣的沖積地區,一直𨒂伸到海𥚃。(印度河則是帶到阿拉伯海)
高聳的喜馬拉雅山脈,形成一個氣候的屏障,把雨季的水氣擋在南邊,造成北邊的西藏高原成了乾冷的、植被比較稀少的幾乎不毛之地了。
喜馬拉雅山脈最高峰聖母峰8,849公尺,花了約5,500萬年生成,平均一年長高約0.016公分,而這是山脈拱起的高度減去長期水蝕風化崩解所減少的部分最後的結果。
怎麼知道地球的年齡是45億到46億年間,而喜馬拉雅山脈是5,500萬年呢?其中一種可靠的方式,地質學家利用的是「核飛跡定年法」。
『絕緣性的礦物如雲母、鋯石與磷灰石等,所含的鈾同位素原子核分裂時,可造成礦物內部結晶格子的缺陷——核飛跡。若所處的溫度夠低,則礦物的平滑面以化學藥品溶蝕之後,可用光學顯微鏡觀察,計數其單位面積的核飛跡數目——「核飛跡密度」。因核飛跡密度與礦物之鈾含量(濃度)及經歷的時間成正比,故設法求得鈾含量後,即可由核飛跡密度計算得到年代,稱為核飛跡定年法。 』(台大課程綱)
簡單講,一般是利用鈾238同位素的放射性特質。
在高温中(如在地函中),鈾238同位素核分裂時,中子在晶格中產生的破壞殘跡(飛跡)會被撫平。但是,一旦溫度低到了一定程度(如升到了地表),殘跡(飛跡)就會開始被保留了下來。觀察殘跡(飛跡)的密度,就可以從其與鈾含量的比例,計算出那些殘跡(飛跡)是花了多少時間才形成的,這就是所謂的「核飛跡定年法」 。
定年的地層加上其中的化石證據,地質學家就可以找出地質年代的軌跡了。
『……由於印度板塊和歐亞大陸板塊以每年5.08公分的速度互相擠壓,致使整個喜馬拉雅山脈仍在不斷上升中,聖母峰每年增高約1.27公分。…..』(~維基百科)
每年抬高的估計值,0.016公分和1.27公分,差了接近百倍,代表長期水蝕風化崩解所造成的影響。
岩石透過風化,可以把空氣中會產生溫室效應的CO2固定下來,機制為何呢?
CO2+H2O+CaSiO3—>Ca2+ + 2HCO3+SiO3 —>CaCO3+SiO2+CO2+H2O
簡言之,二氧化碳CO2和水H2O形成的碳酸氫鹽HCO3,把矽酸鈣鹽CaSiO3中的鈣離子Ca2+溶解出來,流到河川和海洋中。海洋生物把鈣離子 Ca2+和含有二氧化碳CO2的碳酸氫鹽HCO3結合成碳酸鈣CaCO3,成為其殼及外骨骼,死後沈入海中,以石灰石的形式,就把CO2長久封存了下來。
像喜馬拉雅山脈這麼大的體量,它透過風化作用回收固定二氧化碳,對控制地球大氣的溫室效應就有舉足輕重的效果。這就是地球上大自然長期的碳循環。
從大地科學地質年代的角度看,地函的對流散熱、板塊的碰撞、火山噴發、造山、水蝕風化崩毀,這當中形成一個環環相扣的系統。
分析過往地球上生物五次的大滅絕,共同的特徵有:急遽的氣候變遷、碳循環受到干擾、海水變質(酸化、缺氧)。
而在每次的大滅絕之後,生物都找到了新的出路、開創了新局。
最近的第五次大滅絕,6,600萬年前隕石撞地球所產生的白堊紀滅絕事件(Cretaceous–Paleogene extinction event,K-Pg),滅絕了優勢的恐龍,為哺乳類尤其是人類的繁衍,清開了一個小確幸的舞台。
人類對自己的幸運,真的不用太驕傲。
目前佔地球生物量至少一半的原核生物,可是一路挺過過去五次大滅絕,一直都保持著欣欣向榮的狀態。人類消失與否,無關地球上還有其他更有靱性的生物繼續生生滅滅的宏旨,其理甚明。
(細菌和古菌等是「原核生物」,沒有細胞核。像人類的動植物及真菌等,有細胞核,則稱為「真核生物」。至於病毒,譬如像Covid-19,結構更簡單,既非「原核生物」也非「真核生物」,自成一界)
地質學家把人類開始大規模影響生態的1950年之後的時間,稱為「人類世」。
「人類世」的特徵有:
侵蝕和沈積作用。
海平面上升。
海洋酸化、缺氧。
物種大量滅絕。
二氧化碳濃度迅速增加。
當然,還有遍地的塑膠。
從地質年代的角度來看,過去的大滅絕除了隕石撞擊的第五次,其他都是醖釀了數萬年才發生的,但是人類在「人類世」所造成的傷害,則是不到一個世紀。這之中主要的差別在於,在那麼短的時間內,很多生物的演化速度將跟不上氣候變遷的腳步而迅速滅絕,其中包括人類。
在6,600萬年前隕石撞地球之前,地球的生態系就已經開失𧗽了,某個程度是給某些生物提前逼出演化的適應。
「人類世」之後的大滅絕之所以令人難以想像,那就有若是直接再一次的隕石撞地球,而且以地質年代的時間來看,是機乎沒有預警的Surprise。
有人奇想用「科學」的方法去「捕碳」,譬如造人工樹用化學反應吸收二氧化碳;或者有人主張把鐵拋入海中增加海藻的產量來吸收二氧化碳。但是這些想法,相對於大自然環境變遷的複雜度和體量,是不切實際的。
有科技新貴開始想要放棄地球的生態環境,建立地堡自保,也有人夢想到不毛的火星殖民。令人不可思議。
回到地質年代的時間尺度來思考,太陽已經走到了G型星的中年,接下來會不斷增加光芒。地球的水會大量蒸發、大陸板塊會重組,人類將消失,地球會被太陽吞沒。
但是我們沒有悲觀的權力,而對絕大多數的人,是沒有這種𣏌人憂天的能力。
對於「人類世」帶來的衝擊,《地質學家的記時錄》的作者,地質學家瑪希婭·貝約內魯給了大家一個十分樸素的建議,那就是一切思考,要返回到大自然的原點。
『……地球一直在對我們說話。在每一塊石頭中,地球都揭示了永恆的真理或良好的經驗法則;在每片葉子中,都有一座原型的發電廠;而在每一個生態系統中,都有一個堪為模範的健全經濟體。套用李奧帕德的名言,我們必須開始「像山一樣思考」,洞察這座古老複雜、不斷演進的星球,了解其所有習性和棲息其中的萬物生靈。』*
啊,對啊,人們應該「像山一樣思考」。
或者換句話說,人們應該「像大自然/石頭一樣思考」。
從地質年代的時間尺度看來,人不勝天。面對大自然,只有敬畏,如是而已。
*:瑪希婭·貝約內魯 著 林佩蓉 譯, 《地質學家的記時錄》,2020年3月30日初版,商周出版
P.S. 相片:大霸尖山,攝於2021/1/15雪季
2024/8/21 地質學家的記時錄 Damakey
