千虑一得之奇想录



11.2.8探讨:地球周期性冰河期的形成的原因
11.2.8.1百度:冰河期
11.2.8.1.1冰河期概述
在地质历史上曾经出现过气候寒冷的大规模冰川活动的时期,称为冰河期(iceage)以下简称冰期。这种冰期曾经有过三次,即前寒武晚期、石炭至二叠纪和第四纪。第四纪冰期来临的时候,地球的年平均气温曾经比现在低10℃~15℃,全球有1/3以上的大陆为冰雪覆盖,冰川面积达5200万平方千米,冰厚有1000米左右,海平面下降130米。
两次冰期之间唯一相对温暖时期,称为间冰期。地球历史上曾发生过多次冰期,最近一次是第四纪冰期。 地球在40多亿年的历史中,曾出现过多次显著降温变冷,形成冰期。特别是在前寒武纪晚期、石炭纪至二叠纪和新生代的冰期都是持续时间很长的地质事件,通常称为大冰期。大冰期的时间尺度至少数百万年。大冰期内又有多次大幅度的气候冷暖交替和冰盖规模的扩展或退缩时期,这种扩展和退缩时期即为冰期和间冰期。间冰期时,气候转暖,海平面上升,大地又恢复了生机。
冰川期:距今大约100万年前,地球进入冰川期,广大地区被冰雪覆盖,许多物种如剑齿象、巨貘等都消失了,有些物种如大熊猫、水杉等只在极少地区存活下来!
冰期时期最重要的标志是全球性大幅度气温变冷,在中、高纬(包括极地)及高山区广泛形成大面积的冰盖和山岳冰川。由于水分由海洋向冰盖区转移,大陆冰盖不断扩大增厚,引起海平面大幅度下降。所以,冰期盛行时的气候表现为干冷。冰盖的存在和海陆形势变化,气候带也相应移动,大气环流和洋流都发生变化,这均直接影响动植物生长、演化和分布。
第四纪冰期以后,距今约1万年以来的时期叫冰后期。此期气候仍有过多次低量级的冷暖波动,如距今4000~6000年期间曾出现的较明显的寒冷期,使全球冰川一度扩展前进,被称为新冰期。最近一次较明显的小规模的冰川推进出现在13~14世纪至20世纪初(有的文献主要指16~19世纪),约在18世纪中至19世纪中期达到最盛,通称为小冰期。
广义的冰期又称大冰期,狭义的冰期是指比大冰期低一层次的冰期。大冰期是指地球上气候寒冷,极地冰盖增厚、广布,中、低纬度地区有时也有强烈冰川作用的地质时期。大冰期中气候较寒冷的时期称冰期,较温暖的时期称间冰期。大冰期、冰期和间冰期都是依据气候划分的地质时间单位。大冰期的持续时间相当地质年代单位的世或大于世,两个大冰期之间的时间间隔可以是几个亿,有人根据统计资料认为,大冰期的出现有15.0 亿年的周期。冰期、间冰期的持续时间相当于地质年代单位的期。
在地质史的几十亿年中,全球至少出现过3 次大冰期,公认的有前寒武纪晚期大冰期、石炭纪-二叠纪大冰期和第四纪大冰期。冰川活动过的地区,所遗留下来的冰碛物是冰川研究的主要对象。第四纪冰期冰碛层保存最完整,分布最广,研究也最详尽。在第四纪内,依冰川覆盖面积的变化,可划分为几个冰期和间冰期,冰盖地区约分别占陆地表面积的30%和10%。但各大陆冰期的冰川发育程度有很大差别,如欧洲大陆冰盖曾达北纬48°,而亚洲只达到北纬60°。由于气候变化随地区的差异和研究方法的不同,各地冰期的划分有所不同。1909 年,德国的A.彭克和E.布吕克纳研究阿尔卑斯山区第四纪冰川沉积,划分和命名了4个冰期和3个间冰期。

11.2.8.1.2大冰期的成因
大冰期的成因,有各种不同说法,但许多研究者认为可能与太阳系在银河系的运行周期有关。有的认为太阳运行到近银点区段时的光度最小,使行星变冷而形成地球上的大冰期;有的认为银河系中物质分布不均,太阳通过星际物质密度较大的地段时,降低了太阳的辐射能量而形成地球上的大冰期。
学者们提出过种种解释,但至今没有得到令人感到满意的答案。归纳起来,主要有天文学和地球物理学成因说。
天文学成因说
天文学成因说主要考虑太阳、其他行星与地球间的相互关系。①太阳光度的周期变化影响地球的气候。太阳光度处于弱变化时,辐射量减少,地球变冷,乃至出现冰期气候。米兰科维奇认为,夏半年太阳辐射量的减少是导致冰期发生的可能因素。②地球黄赤交角的周期变化导致气温的变化。黄赤交角指黄道与天赤道的交角,它的变化主要受行星摄动的影响。当黄赤交角大时,冬夏差别增大,年平均日射率最小,使低纬地区处于寒冷时期,有利于冰川生成。
地球物理学成因说
地球物理学成因说影响因素较多,有大气物理方面的,也有地理地质方面的。①大气透明度的影响。频繁的火山活动等使大气层饱含着火山灰,透明度低,减少了太阳辐射量,导致地球变冷。②构造运动的影响。构造运动造成陆地升降、陆块位移、视极移动,改变了海陆分布和环流型式,可使地球变冷。云量、蒸发和冰雪反射的反馈作用,进一步使地球变冷,促使冰期来临。③大气中CO2的屏蔽作用。CO2能阻止或减低地表热量的损失。如果大气中CO2含量增加到今天的2~3倍,则极地气温将上升8~9℃;如果今日大气中的CO2含量减少55~60%,则中纬地带气温将下降4~5℃。在地质时期火山活动和生物活动使大气圈中CO2含量有很大变化,当CO2屏蔽作用减少到一定程度,则可能出现冰期。
“冰川是气候的产物”,这是冰川学界的流行说法。那么,气候又是什么的产物呢?笔者的说法是“气候变化是地球系统的变化在大气圈中的反映”。冰冻圈是地球系统的一部分,所以人们可以说“气候的一部分是冰川的产物”。当然,气候的主要部分应该是地圈(包括壳、幔、核)的产物,因为地圈占地球系统总质量的99.9%。冰川与气候的关系紧密,它们同时受地圈变化的制约,人们甚至可以说“冰川和气候同是地圈变化的产物”。地圈的变化又受宇宙因素的制约,笔者经过长期研究,提出如下观点:宇宙磁场与地核磁流体的电磁耦合作用,可能是地球表层各系统变化的根本原因,也是冰川与气候变化的根本原因。

11.2.8.1.3冰期划分
新生代以前的大冰期因时代古老,可辨认的冰川遗迹零散残缺,研究程度也较差,多依据地层中所含带冰川擦痕的混碛岩、页岩中的燧石结核和带冰川擦痕的基岩底盘等。新生代大冰期的冰川遗迹保存普遍较为完整,尤以晚新生代冰期的研究较为深入,如沉积连续性好的深海沉积岩芯、黄土等,能较完整地记录全球气候和环境的变化。20世纪70年代以来,各国学者用氧同位素分析、放射性年代测定及古地磁等方法力图恢复和重建晚新生代的全球气候变化和沉积环境,作为划分冰期的重要依据。此外,包含海洋生物、哺乳动物、植物孢粉化石的生物地层学,地貌分析,沉积岩石学以及古土壤等方法也常作为研究晚新生代环境和冰期划分的依据。

楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-02-23 19:44:55 +0800 CST  
11.2.8.2猜测:蓝藻导致历史上的第一次冰川的形成
我们析到,地球的大冰河期有三次:……在地质历史上曾经出现过气候寒冷的大规模冰川活动的时期,称为冰河期(iceage)以下简称冰期。这种冰期曾经有过三次,即前寒武晚期、石炭至二叠纪和第四纪。……这三次冰河期发生的时间距今分别为5.4亿年、3.6-2.6亿年(我们取中间值3.1亿年吧)、0.062亿年。这三次冰期的时间间隔为2.3亿年、3.1亿年。从这个数据来看,冰河周期在变长。
但是,在距今28亿年前,就出现过一次冰川。这次冰川没有被所有人认可。但是不影响我们对此进行分析。第一次冰川距寒武晚期冰河期大约23亿年。那么,第一次冰川是什么原因造成的呢?
我们来看地球的历史:距今38.5亿年,早雨海代,地球上出现海洋和其他的水;距今38亿年,太古宙、始太古代,地球的岩石圈、水圈、大气圈和生命形成;距今36亿年,古太古代 蓝绿藻出现;距今32亿年,中太古代,原核生物进一步发展;距今28亿年, 新太古代,出现第一次冰河期。
可以看出,地球在38.5亿年前,由于彗星撞击等原因带来大量的水,地球有了液态水的存在,这为蓝藻的繁衍创造了条件。当蓝藻以疯狂的速度繁殖时,会在短短的时间内布满所有水域,带来的结果就是消耗了古代大气中占较大比例的二氧化碳,释放了氧气。从蓝藻出现,到第一次冰河期,时间为8亿年。或许可以这样认为,在漫长的8一年中,蓝藻把大气层的二氧化碳等气体全部转化成氧气。从数量来看,气体总数量不变(总质量减少。因为CO2分子量大于O2分子量)。但是释放的氧气由于具备活泼的化学性质,大部分氧气又与各类金属、非金属、体外陨石等物质进行氧化反应,从而消耗了很大一部分氧气。另外,蓝藻还有一个作用,有不少蓝藻(如鱼腥藻)可以直接固定大气中的氮。在天量的蓝藻漫长的岁月作用下,原始大气层的各种气体总量锐减是必然的。
根据公式气温与空气分子总量成正比,气温也必然会随着剧减。我们假设空气分子总量下降50%,包括氮的固化、氧气的消耗、以及CO2转换成氧气后,空气总量的减小量。那么气温T也将下降50%,根据资料,有些蓝藻可生活在60~85℃的温泉中,我们按当时地球气温适宜蓝藻生长的85摄氏度计算,气体总量下降后的温度T=50%*(273+85)=179K=-94摄氏度
可见,当蓝藻疯狂的在地球上繁衍的时候,对地球带来的影响也是巨大的。8亿年的漫长岁月后,空气总量逐步减少,气温大幅下降,地球迎来了巨大的冰川时期。漫漫的冰川覆盖大部分陆地,绝大部分生物全部灭亡,甚至连蓝藻也不再存在。从距今28亿年前,一直到距今5.42亿年的寒武纪,地球一直以冰封的形式存在。没有太多的生命迹象,也不可能有生物的“进化”。这就是为何这段时间没有生物化石存在的原因吧。
这是地球历史上的第一次冰川,或许,天量的蓝藻就是罪魁祸首。


楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-02-23 19:46:08 +0800 CST  

11.2.8.3探讨:天外陨石撞击导致地球冰川的形成
我们知道:气温与空气分子的动能成正比,那么,空气分子的速度降低影响气温的下降有多大呢?
根据公式T与空气分子的动能成正比。当气温从摄氏40度降到20度,其绝对温度T从313降低到293度,降低了6.4%,此时其空气分子速度降低了约3.2%。如果气温从摄氏40度降到-40度,其绝对温度T从313降低到233度,降低了25.6%,空气速度降低了约12%。……
可见,在太阳的照射下,地球的某一区域可以通过水蒸气的加入造成本地空气分子的动能降低、气温降低。这种影响主要在远离南北回归线的区域,特别在沿海地区效果明显。
那么,空气分子速度变化这种影响,最大能够影响地球气温变化多少呢?还有什么因素能够引起气温的变化呢?
我们在《9.8.2地球上声音的传播速度由地球的自转速度和半径来确定》分析道:……我们知道:地球上的大气压是由空气分子的运动速度决定的,而空气分子的运动速度与地球的自转分不开。我们以赤道附近的高山为例,假设地球上所有的空气分子一开始速度为0,那么,随着地球的自转,赤道上的高山(就像风扇的叶片一样)将与静止不动的空气分子发生激烈的碰撞,高山将狠狠的撞击所有敢挡路的空气分子,把他们以很高的速度远远的撞飞,甚至连运行速度慢的空气分子也会被追上,最后也一样被撞飞。
这也意味着:地表中,一旦有空气分子低于高山的运行速度,那么,会很快被撞击。结果就是,空气分子的运动速度度只能大于或者等于高山的运动速度即风扇叶片的旋转速度。……
因为空气分子的动能(速度)决定了气温和声音的传播速度,而空气分子的速度又由地球自转的速度和地球自转半径决定,所以,我们可以推断,地球自转速度决定了气温和传播速度。(在月球,由于空气稀薄、基本没有自转,所以,在月球上声音传输方面出现弱化、卡滞现象,应该是正常情况。如果月球声音正常传输,反而存在问题。)如果地球出现周期性冰川的气候,那么,意味着地球自转速度会出现周期性的变化。
我们来看看地球的自转速度。
在3.7亿年前,泥盆纪中期,地球400天/年,即每天22小时左右。据推测,2亿年后,一年仅仅只有300天左右,即每天29小时左右。那么,什么因素使得地球自转速度变慢?地球自转速度在变慢的过程中是单向不可逆还是周期性的变化呢?
我们在《10.6.12.2探讨:新疆塔克拉玛干沙漠是天外陨石撞击形成的其它证据》分析道:……在国际观察中,曾经有一个帖子,讨论《新疆塔克拉玛干沙漠是天外陨石撞击形成的》,文中主要论点:新疆塔克拉玛干沙漠是天外陨石撞击形成的,根据沙漠最西边的形状判断,陨石直径约300公里,陨石自东北方向向西南方向撞入青藏高原,使得沙漠最西部的喀什地区、和田地区之外的地区雪山林立,大部分较高的山峰都集中在这个方位上,山脉密集,呈被压缩形态。撞击地区南北两侧,也都出现雪山,尤以南边的珠穆朗玛峰最为出名。
如图:



假如新疆塔克拉玛干沙漠是天外陨石撞击形成的,那么,除了直接撞击地点---新疆塔克拉玛干沙漠周边的山脉奇特外,还有其它相关的地理特征支持这个观点呢?
我们仔细观察周边的地理特征,果真发现了一些相关的地方:
1)新疆塔克拉玛干沙漠周边的高原湖泊均有受由内向外挤压形成的外型特点。比如其北方半月牙型的巴尔喀什湖,有受到向北挤压而形成半月牙型湖的痕迹;其西边的里海,有受到向西挤压而形成类月牙型湖的痕迹;其南方密部在青藏高原南部的湖泊,有受到南挤压而形成大大小小星点点众多湖泊的痕迹。这说明,其中心位置受到较大的冲击,且冲击波向四周扩散、挤压陆地,形成众多的湖泊。
2)其东部的存在厚厚黄土的黄土高原。这些黄土应该是来自新疆塔克拉玛干沙漠地区。地球自西向东转,地球上方大气层也随着同向且接近同步运行。当巨大的天外陨石自东向西与地球迎头正碰,会溅起遮天蔽日的尘土,同时,碰撞也会严重影响地球自转速度,使得地球自转速度降低。这时,原来与地球同步运行的大气层速度保持不变,就与地球产生相对速度,相当于地球不动,大气层携带着巨量的飞溅起来的沙粒尘土自西向东运行,把这些尘土远远的抛在东方,因为尘土沙粒质量不同,所以,质量大的沙粒早早就落下来,质量小的尘土在空气中会漂浮到更远的地方才落下来。或许,这就是新疆塔克拉玛干沙漠的东方黄土高原的来历吧。
3)其西边有东非大裂谷、红海、波斯湾等地质断裂带。这些地质断裂带应该是进入地壳内部的陨石造成的。进入地球内部的陨石对上方的地壳形成巨大的冲击力,会撕裂即撑破部分地壳,造成部分地段的地壳产生不同程度的裂纹。这些裂纹就是大裂谷,陆地的水进入其中会形成河流、湖泊;周边的海水进入其中,就形成红海和波斯湾。
4)其后方太平洋有冲绳海槽、马里亚纳海沟。这个巨大的天外陨石,对整个亚洲大陆板块也形成巨大的向西南方向的拉扯力。或许,拉扯作用的结果就造成亚洲大陆板块的裂纹,其裂纹带就在太平洋第一、二岛链附近。在第一岛链形成了一定深度的冲绳海槽,在第二岛链形成了地球最深的马里亚纳海沟。……
根据这些地理特征,基本上可以确认,在古代,曾经有一直径300公里左右的陨石,与地球迎头相撞。撞击地点主要在新疆塔克拉玛干,另外内蒙古地区也存在零星的撞击。碰撞的碎片、熔岩、岩浆等沿着碰撞的方向一直向前扩散,延伸到西亚、北非地区,形成当地的沙漠地形地貌。撞击时间就应该是喜马拉雅山形成的时间。百度显示,在20亿年前,喜马拉雅山地区是一片汪洋大海,到第三纪末,地壳发生了一次强烈的造山运动,形成了世界上最雄伟的山脉。喜马拉雅山脉、阿尔卑斯山脉以及东南亚山脉,都是在过去6500万年前造山运动形成的。
根据动量守恒定律,碰撞后,新的地球组合体的自转速度会比原来的自转速度降低。这样,地球大气层中的空气分子速度就会下降很多,气温下降,地球自转产生的大气循环也会发生变化,被带往南北极的大量水蒸气继续持续形成冰雪,在南北极落下,形成冰川,开始了地球历史上新的冰川形成期。

楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-02-24 19:49:20 +0800 CST  


11.2.8.4探讨:地球周期性冰川的形成
目前,科学家认为地球的冰川具有周期性。那么,蓝藻、陨石的撞击都是偶然事件,不是周期性的事件,所以,决定冰川的周期性的因素,应该是另有其人。那么,到底是什么因素决定了冰川的周期性呢?
11.2.8.4.1百度:地球历史
21世纪科学家对地球的年龄再次进行了确认,认为地球产生要远远晚于太阳系产生的时间,跨度约为1.5亿年左右这远远晚于此前认为的30-4500万年。此前科学家通过太阳系年龄计算公式算出了太阳系产生的时间为55.68亿年前,而地球产生的年龄要比太阳系晚30亿年到45亿年左右,大约为25.48亿年前左右。在2007年时,瑞士的科学家对此数据进行了修正,认为地球的产生要在太阳系形成的6200万年之后。
科学家一般是通过同位元素铪182和钨182两种放射元素来计算地球和月球年龄的。铪182的衰变期为900万年衰变之后的同位素为钨182,而钨182则是地核的组成部分之一。科学家们认为在地球形成时,几乎所有的铪182元素全部已经衰变成了钨182。仅有极少量存在,正是这微量的铪182才能够帮助科学家测算地球的真实年龄。尼尔斯研究所的教授说道:“所有的铪完全衰变成钨需要50-60亿年的时间,并且都会沉在地核,而新的表明,地球和月球上地幔含有的元素量高于太阳系,而经过测算时间大约为1.5亿年左右”

11.2.8.4.1.1地球地质演化
第一阶段为地球圈层形成时期,其时限大致距今4600至4200Ma。46亿年前诞生时候的地球与21世纪的大不相同。根据科学家推断,地球形成之初是一个由炽热液体物质(主要为岩浆)组成的炽热的球。随着时间的推移,地表的温度不断下降,固态的地核逐渐形成。密度大的物质向地心移动,密度小的物质(岩石等)浮在地球表面,这就形成了一个表面主要由岩石组成的地球。
第二阶段为太古宙、元古宙时期。其时限距今4200-543Ma。地球自不间断地向外释放能量,由高温岩浆不断喷发释放的水蒸气,二氧化碳等气体构成了非常稀薄的早期大气层---原始大气。随着原始大气中的水蒸气的不断增多,越来越多的水蒸气凝结成小水滴,再汇聚成雨水落入地表。就这样,原始的海洋形成了。
第三阶段为显生宙时期,其时限由543Ma至今。显生宙延续的时间相对短暂,但这一时期生物及其繁盛,地质演化十分迅速,地质作用丰富多彩,加之地质体遍布全球各地,广泛保存,可以极好的对其进行观察和研究,为地质科学的主要研究对象,并建立起了地质学的基本理论和基础知识。
人类科学家推测:太阳系的物质起源于45.672亿±60万年前,而大约在45.4亿年前(误差约1%),地球和太阳系内的其他行星开始在太阳星云——太阳形成后残留下来的气体与尘埃形成的。通过吸积的过程,地球经过1至2千万年的时间,大致上已经完全成形。从最初熔融的状态,地球的外层先冷却凝固成固体的地壳,水也开始在大气层中累积。月亮形成的较晚,大约是45.3亿年前,一颗火星大小,质量约为地球10%的天体(通常称为忒伊亚)与地球发生致命性的碰撞。这个天体的部分质量与地球结合,还有一部分飞溅入太空中,并且有足够的物质进入轨道形成了月球。释放出的气体和火山的活动产生原始的大气层,小行星、较大的原行星、彗星和海王星外天体等携带来的水,使地球的水份增加,冷凝的水产生海洋。新形成的太阳光度只有太阳的70%,但是有证据显示早期的海洋依然是液态的,这称为微弱年轻太阳谬论矛盾。温室效应和较高太阳活动的组合,提高了地球表面的温度,阻止了海洋的凝结。
有两个主要的理论提出大陆的成长:稳定的成长到现代和在早期的历史中快速的成长。研究显示第二种学说比较可能,早期的地壳是快速成长的,随后跟着长期稳定的大陆地区。在时间尺度上的最后数亿年间,表面不断的重塑自己,大陆持续的形成和分裂。在表面迁徙的大陆,偶尔会结成超大陆。大约在7.5亿年前,已知最早的一个超大陆罗迪尼亚开始分裂,稍后又在6亿至5.4亿年时合并成潘诺西亚大陆,最后是1.8亿年前开始分裂的盘古大陆。

在地球演化过程中,发生一些天文与地质事件,将事件的时间段叫做地质时期。在各地质时期,在与地球相关的宇宙空间及太阳系和地球所发生的大事件,在地球自身、地壳运动、地层、岩石、构造、古生物、古地磁、冰川、古气候等多方面都留下了记录。
在不同的地质时期,地质作用不同,特征不同。人们将地球历史划分为:地球形成时期、地壳形成时期、进入太阳系前时期、进入太阳系时期、地月系形成时期、新生时期,
1)地球形成时期(始古宙):这一时期是由地核俘获熔融物质开始到地表熔融物质凝固的一段地质时间。在距今约46亿年前,由铁镍物质组成的地核俘获了熔融物质形成地幔。地幔与地核接触部位温度降低,形成内过渡层。地表温度降低凝固,形成外过渡层。在这一地质时期,形成了圈层状结构的地球。
2)地壳形成时期(太古宙):这一时期是由地表熔融物质凝固开始到有沉积岩形成的一段地质时间。熔融物质凝固形成收缩,在地表形成张裂沟谷高山。宇宙天体撞击,在地表形成大坑洼地。随着温度降低,熔融物质凝固过程中产生的水流动汇聚到张裂沟谷和大坑洼地中,产生的气留在地球表面,形成大气圈。地核俘获宇宙物质的不均,地表各处温度高低不均产生大气流动。在这一地质时期,地表形成了沟谷高山、大坑洼地,有了水和大气,产生了风化、剥蚀和搬运作用,开始形成沉积岩。原始生命蛋白质出现,进化出原核生物(细菌、蓝藻)。
3)进入太阳系前时期(远古宙):这一时期是地壳已经形成到地球进入太阳系前的一段地质时间。这是一段没有阳光的地质时期。在这一段的前期,地壳的风化、剥蚀、搬运和沉积作用强,高山被剥低,在沟谷和坑洼地中沉积了巨厚的原始沉积。在这一段的后期,地壳活动变弱,地表温度渐渐降低,到了冰点以下,形成全球性的冰川。
4)进入太阳系时期(显生宙):
地月系形成时期(显生宙古生代):这一时期是地球进入太阳系成为行星而开始的。
在这一地质时期,地球有了太阳的光照,形成了绕太阳的公转和自转,有了昼夜的变化。在地球的内部,地核或内球偏向太阳引力的反方向,不在地球中心。在地壳,由于地球自转形成由两极向赤道的离心力;在太阳引力作用下,由于地球自西向东转动,地壳形成自东向西的运动。形成高山、高原,形成沟谷洼地和平原。在生物界,开始爆发式出现即开始复活。随着太阳系的演化,地球由进入太阳系时的轨道面即轨道面与太阳赤道面夹角大约23°26′,演化到如今的地球轨道面与太阳赤道面 行,地轴由垂直轨道面变为倾斜在轨道上运行,形成一年的四季变化。在岩石建造上,出现大量的石灰岩。
地月系形成时期(显生宙中生代):这一时期是月球被地球俘获形成地月系而开始的。
月球绕地球转动,使地球的引力场、磁场发生了变化。在月球引力所形成的晃动作用下,地球的外球发生了旋转,形成地极和磁极的移动。在生物界,动物和植物都发生了变异,形成高大的树木和大型的动物。
新生时期(显生宙新生代):这一时期是一颗彗星撞击地球而开始的。
这颗彗星在太阳系裂解,形成绕太阳的小行星带。彗星的组成物即有岩石又有冰和大气。在冰里存在着各种生物。在这一地质时期,地球增加了水、大气和新的生物物种。原有的生物发生变异或进化。

在地质历史上曾经出现过气候寒冷的大规模冰川活动的时期,称为冰河期(iceage)以下简称冰期。这种冰期曾经有过三次,即前寒武晚期、石炭至二叠纪和第四纪。第四纪冰期来临的时候,地球的年平均气温曾经比现在低10℃~15℃,全球有1/3以上的大陆为冰雪覆盖,冰川面积达5200万平方千米,冰厚有1000米左右,海平面下降130米。

11.2.8.4.1.2地球时代的划分
1)距今45.7亿年 冥古宙、隐生代 地球出现
2)距今41.5亿年 原生代 地球上出现第一个生物——细菌
3)距今39.5亿年 酒神代 古细菌出现
4)距今38.5亿年 早雨海代地球上 出现海洋和其他的水
5)距今38亿年 太古宙、始太古代 地球的岩石圈、水圈、大气圈和生命形成
6)距今36亿年 古太古代 蓝绿藻出现
7)距今32亿年 中太古代 原核生物进一步发展
8)距今28亿年 新太古代 出现第一次冰河期
9)距今12亿年 中元古代、狭带纪
10)距今10亿年 拉伸纪 罗迪尼亚古陆形成
11)距今8.5亿年 成冰纪 发生雪球事件
12)距今6.3亿年 新元古代、埃迪卡拉纪多细胞生物出现
13)距今5.42亿年 显生宙、古生代、寒武纪 寒武纪生命大爆发;寒武晚期冰河期;
14)距今4.883亿年 奥陶纪 鱼类出现;海生藻类繁盛
15)距今4.437亿年 志留纪 陆生的裸蕨植物出现
16)距今4.16亿年 泥盆纪 鱼类繁荣;两栖动物出现;昆虫出现;裸子植物出现;石松和木贼出现;泥盆纪中期,地球400天/年,即每天22小时左右。
17)距今3.592亿年 石炭纪 昆虫繁荣;爬行动物出现;煤炭森林
18)距今 2.99亿年 二叠纪 灭绝事件,地球上95%生物灭绝;盘古大陆形成 。石炭至二叠纪冰河期;
19)距今 2.51亿年 中生代、三叠纪恐龙出现;卵生哺乳动物出现
20)距今1.996亿年 侏罗纪 有袋类哺乳动物出现;鸟类出现;裸子植物繁荣;被子植物出现
21)距今 0.996亿年 白垩纪 恐龙的繁荣和灭绝、白垩纪-第三纪灭绝事件,地球上45%生物灭绝,有胎盘的哺乳动物出现
22)距今未知亿年 第三纪 动植物都接近现代
23)距今 0.0621亿年 第四纪 人类出现。第四纪冰期以后,距今约1万年以来的时期叫冰后期
楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-02-25 19:39:27 +0800 CST  

11.2.8.4.2探讨:寒武纪后冰河期的原因
冰川对地球生物的影响是巨大的。它的周期性也是客观存在。那么,我们来分析一下,是什么因素导致地球周期性冰川的形成。
1)地球大气种类、数量变化。古大气层推测为甲烷(CH4)、氨(NH3)、氢(H2)、水(H2O)等所组成。因为火山爆发所喷出的气体是二氧化碳(CO2)、氨(NH3)、氮(N2)、二氧化硫(SO2)、甲烷(CH4)、氢(H2)和水蒸气(H2O),大部分水(H2O),二氧化碳、二氧化硫等都以气体形式存在。此时,地球大气分子的种类繁多,数量众多,所以,古时候的地球气温应该很高。
那么,地球大气发生什么样的演化呢?我们看看现在的大气层的比例构成,现在大气层的成分主要有氮气,占78.1%;氧气占20.9%;氩气占0.93%;还有少量的二氧化碳、稀有气体(氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气)和水蒸气。根据现状,古时候的占大多数的甲烷(CH4)、氨(NH3)、氢(H2)、水(H2O)、二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)等大都都不再存在,特别是二氧化碳(CO2)的含量,已经从占比很高减少到现在的微不足道。据此推断,尽管我们还不知道具体的演化过程,但是,可以推断出大气演化过程应该是不可逆,非周期性的。因此,这也不是周期性冰川的影响因素。
2)地球大气运行的速度的变化(主要由地球自转速度决定)。这就是我们需要考虑的环节。从现实情况来看,沿海地区的温度低的情况的确存在,其主要原因是当地的空气分子平均速度由于更多的水分子加入而呈整体下降。所以,基本可以肯定,地球自转速度的降低会引起气温的变化,甚至引发冰川。但是,地球的自转速度如何形成周期性的变化呢?
让我们来慢慢捋一捋。
我们来看资料:距今5.42亿年,显生宙、古生代、寒武纪,寒武纪生命大爆发;寒武晚期冰河期;距今4.883亿年,奥陶纪,鱼类出现;海生藻类繁盛;距今4.437亿年,志留纪,陆生的裸蕨植物出现;距今4.16亿年,泥盆纪,鱼类繁荣;两栖动物出现;昆虫出现;裸子植物出现;石松和木贼出现;泥盆纪中期,地球400天/年,即每天22小时左右。
在地球漫长的历史中,从28亿年前的第一次冰河期到5亿年前的寒武纪前期,亿万年似乎只是一瞬间。在这一瞬间,地球可能逐步发生改变:
(1)陆陆续续的体外陨石、彗星给地球带来了更多质量的物质,这会稍微降低地球自转的速度;
(2)天外来客不断的为地球带来水、氮气、CO2等等,地球空气总量不断增加;
(3)火山喷发、陨石爆炸,引发地球大火。在28亿年前引发地球冰川的罪魁祸首---天量的枯死的蓝藻将会不断的燃烧、分解,释放出天量的CO2,可以直接固定大气中的氮的蓝藻(如鱼腥藻),或不断的释放出氮气和NO2。可以这样认为,原来被蓝藻吸收、转换的气体,大部分再次重回大气,地球空气总量将大幅增加。
根据地球气体温度与气体动能成正比T=K*N,N=n*k*m*v*v,随着地球气体总量的回升,在地球自转速度稍微下降的情况下,即空气速度稍微下降,地球平均气温将大幅回升。冰雪融化,百川入海,海水优先集中到赤道低纬度地区。迎来了生物进化的大好环境,最终形成寒武纪的生命大爆发。此时,距今4-5亿年左右,地球自转速度为22小时/天,其自转速度还是比较高的。
然而,好日子很快就结束了,到了寒武纪末期,地球又迎来了新的一次冰河期。那么,这一次冰河期是如何形成的呢?除了天外陨石的撞击,地球气体总量减少能够引起一次性的地球自转速度变低外,还有什么原因能够引起地球自转速度周期性的变化呢?
我们暂且不考虑天外陨石的撞击等影响因素,只考虑地球本身的变化因素。继续分析地球冰川融化、重新形成的过程。
从距今28亿年到距今5亿年前,当天量的枯死的蓝藻在燃烧、分解的状态下,重新将N2、NO2、CO2释放回大气层,没有了天量的蓝藻,N2总量将基本不再变化;CO2与O2的总量也会保持不变,单细胞“动物”吸收氧气释放CO2,与单细胞吸收CO2释放O2同步进行,它们的总量会基本保持不变。这样,空气总量恢复后将基本保持不变。
在空气总量保持不变的情况下,能够影响气温的因素就是空气分子的速度,即地球自转速度。当时,地球自转速度还是比较高的,约为22小时/天。这时气温上升,冰川融化,此为间冰期,万物繁衍发育。
当冰川越来越少,流回赤道的海水越来越多。由于赤道地区的位置更远离地球自转的自转轴,地球的南北极的冰川融化成水,从南北极地区来到了赤道地区。这意味着地球一部分质量,从靠近自转轴的位置被“搬到”远离自转轴的位置,相当于地球整体的自转半径增大,那么,在角动量守恒的规律下,地球的自转角速度就会变低。这样,地球大气层的空气的速度就会变低,气温就会越来越低。在南北极地区,大气循环中携带的水分就会形成降雪落下,地球就开始了形成下一个冰川。
我们再继续定性分析下去,就会发现:再无其它外界干扰的情况下,冰川形成、融化、再形成、再融化能够自动、持续、周期性的进行下去。
冰川开始形成后,地球大部分的水就会在南北极形成冰川固定下来。由于南北极地区自转半径小,地球一部分质量从自转半径大的赤道地区”搬到” 旋转半径小的南北极地区,地球的自转速度就会开始加速增加,气温就会上升。随着气温已经上升,寒冷的南北极形成的冰川逐步融化,但是,冰川形成的速度仍大于冰川融化的速度。此时,气温在逐步回升,冰川增加的速度也越来越缓慢。总体来说,冰川此时逐步达到最厚的厚度。而地球自转的速度也慢慢达到了最高值,气温也达到最高值。
总有一个平衡点。在这个点上,地球自转速度最快,而冰川厚度最厚,冰川融化的速度也基本等于冰川形成的速度。这个平衡点是一个脆弱的平衡状态,地球自转速度会沿惯性,沿原来的发展方向越过平衡点。在冰川形成期,地球的自转速度稍微超过最高自转速度,温度上升引起的冰川融化速度就要大于冰川形成速度,地球自转速度就开始转头下降,地球从冰川形成期转换成冰川融化期。
同理,在冰川融化期末期,也有一个平衡点,在这个点上,地球自转速度最低,而冰川厚度最薄,气温最低。地球自转速度按照惯性越过平衡点,即自转速度再低时,温度下降引起的冰川形成速度就要大于冰川融化速度,地球就开始转头,从冰川融化期转换成冰川形成期。
如此看来,地球发生周期性的冰川也是必然的。太阳光的能量把水从自转半径大的赤道地区搬到了自转半径小的南北极附近地区,引起的副作用就是地球自转速度的增加,地球自转速度的增加又引起气温、水温上升,会把形成的冰川再次融化,水重新流回赤道地区。水在赤道地区与南北极地区的来来往往搬运,我们就看到了周期性的冰川事件。
或许,这就是地球具有周期性的冰川的原因吧。
楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-02-25 19:40:05 +0800 CST  


11.2.8.5探讨:冰川形成、融化的影响因素
上文定性的分析地球冰川周期的必然性,其原理比较容易理解,但是,具体过程比较复杂。我们试着先分析一下影响冰川气候的因素。
我们先明确几个观点:
1)南北极低温对冰川形成的决定作用。
南极洲的气候特点是酷寒、烈风和干燥,全洲年平均气温为-25℃,内陆高原平均气温为-56℃左右,极端最低气温曾达-89.8℃,为世界最冷的陆地。全洲平均风速17.8米/秒,沿岸地面风速常达45米/秒,最大风速可达75米/秒以上,是世界上风力最强和最多风的地区。
南极空气非常干燥,有“白色荒漠”之称,再加上冰雪表面对太阳辐射的反射等,使得南极大陆成为世界上最为寒冷的地区,其平均气温比北极要低20度。南极大陆的年平均气温为零下25度(南极气温比北极低20度,本文中的解释我们认为是不全面的。其真正的原因,后面再谈)。
北冰洋的冬季从11月起直到次年4月,长达6个月。1月份的平均气温介于-20~-40℃,而最暖月8月的平均气温也只达到-8℃,在北冰洋极点附近漂流站上测到的最低气温是-59℃。
南北极地区长年低温,比地球平均温度低很多。南极大约比地球平均气温低45℃,北极大约低25℃左右。
南北极的0度以下的低温,是冰川形成的决定力量。不管地球其它地区温度多高,只要南北极温度低于零度,通过大气循环带到南北极的水蒸气就可以形成冰雪落下,冰川就能够慢慢成长。冰川形成的速度取决于南北极的气温和大气循环带来水蒸气的数量。
目前,南极洲的极端气温曾达到-89.8℃,地球的平均气温约20℃。可见,地球的平均气温与南北极最低温的气温差值,有可能达到100度以上。也就是说,当地球的气温达到100℃时,南极气温有可能仍然低于0℃,还能够在南极形成冰雪落下。当气温超过100℃,南极气温可能大于0度,不再形成冰雪。
2)海洋的高温海水对冰川融化起决定作用,气体的气温高对冰川的融化起辅助作用。地球南北极长年低温,形成的冰川在空气中不易融化。只有在极端的情况下,南北极才有可能存在大于0度甚至高温的气体,只有此时,气温对冰川才具有一定融化的作用。
围绕南北极的高纬度地区的冰川长年浸泡在海水中,在海水的浸泡下,不断融化、解体。这是冰川融化的主要部分。因此,海水温度决定了冰川的融化,气温对冰川的融化作用应该远远少于海水对冰川的融化作用,。
地球海水大都连在一起,成为一个水系。这就决定了全球海水温度整体上的一致性,全球海洋平均温度约为3.5℃。。虽然随纬度高低,海水温度存在一定的阶梯分布,但是温差不大。比如围绕南极洲的太平洋、印度洋、大西洋的年表面水温分别为19.1、17.0、16.9℃。另外水温一般随深度增加而降低,水深1000米、2000米、3000米处时,水温分别4-5℃、2-3℃、1-2℃。
3)海水温度变化严重滞后气温变化,是一个必需的条件。相对于质量庞大的地球水量,地球的空气总量相对较小,所以,传递、吸收同样的太阳中微子的振动能量,气温的变化幅度要明显大于海水的变化幅度。这就决定了水温的变化要严重滞后于气温的变化。同样道理,随着地球自转速度的提高,气体间的碰撞速度加快,气温可能迅速提高几十度,海水温度或许仅仅提高1度,反过来,气温下降几十度,海水温度或许仅仅下降1度。
海水温度变化严重滞后,这个特点是地球自转周期性变化不可缺少的条件。这决定了冰川能够有足够的时间成长,以至于形成巨大的冰川。否则的话,南北极冰川增厚,地球自转速度提高,气温上升,海水温度同步上升,冰川很快就会融化掉。没有厚厚的冰川的形成,地球的自转速度也就不会具有较大幅度的周期性增长,地球也就不存在周期性的冰川气候。
同理,这个特点也决定了在冰川融化时,冰川能够成功慢慢融化。否则的话,当冰川进行融化时,地球的自转速度随之降低,气温随着下降。这时,如果海水温度基本同步跟随气温变化,那么,海水温度快速下降,会导致冰川不再进行融化,南北极将长年累月存在着高高的冰川。如果这样的话,地球的自转速度将不再下降,气温也将不会大幅下降。地球将不再具有大幅度、周期性的气温的减少,地球也不存在周期性的冰川气候。


楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-02-26 19:46:30 +0800 CST  

11.2.8.6猜测:从目前的情况推测冰河期气温的最高与最低温度
百度:地球总质量6.0*10(24)KG,其中水占地球总质量的2%%(万分之二),冰川占水的比例为2%,即占地球质量的4%%%(百万分之四)。
百度角动量:一个质量为m的质点绕O点作半径为r的匀速圆周运动,转动角速度为ω,则质点对O点的角动量L=r•mv=r•mrω= mr2ω=I0ω,式中I0为质点对圆心O的转动惯量。以角速度ω绕定轴z转动的刚体,其中各点都分别在与z 轴垂直的各平面上作匀速圆周运动。
目前,全球现有的冰川的数量大约占水的2%,大约占地球质量的4%%%。那么,目前的冰川全部融化后,能够降低多少温度呢?
我们把地球半径平均分为250000份。再把处于地球半径为1(南北极)的冰川,搬到半径250000(赤道的海洋中)的最外层。
根据角动量守恒定律,冰川搬运前后的角动量相同。
M(1*1+1*1+2*2+……+249999*249999)*ω1=M(1*1+2*2+……250000*250000) *ω2
根据公式:
1*1+2*2+3*3+……+n*n=n(n+1)(2n+1)/6
可以得到:
1/2*249999*250000*499999*ω1=(1/2*250000*250001*500000)*ω2
可以得到,ω1=1.00001*ω2
即ω2=0.99999*ω1
也就是说,把现有的占比的4%%%的冰川搬到赤道地区的海洋中,地球的角速度将降低0.1%%,即地球自转速度也降低0.1%%。
因为空气分子的温度与其动能成正比,即与速度的平方成正比。空气分子在地球表面的拍打作用下,会与地球表面自转的线速度保持同步。当地球自转的角速度降低0.1%%,意味着空气分子的速度降低0.1%%,动能随着降低0.2%%,即其温度也降低0.2%%。目前,地球的平均温度大约25度左右,降低后的温度T=(273+25)*0.99999=297.997K=24.997度。
可见,占比4%%%的冰川全部融化,地球的平均气温将降低0.003度。
反过来,我们从理论上再计算一下,把所有的水(包括海水和淡水)都搬到南北极形成冰川时,对气温的影响到底有多大?。
因为占地球总质量的2%%地表水都处在地球的最外层,所以,我们把地球半径平均分为5000份,每份上有2%%的地球质量(M),其中半径为5000处,有2%%的水(处于地球最外层)。
根据角动量守恒定律,水搬运前后的角动量相同。
M(1*1+2*2+……+5000*5000)*ω1=M(1*1+2*2+……4999*4999+1*1) *ω2
根据公式:
1*1+2*2+3*3+……+n*n=n(n+1)(2n+1)/6
可以得到:
1/2*5000*5001*100001*ω1=(1/2*4999*5000*99998+1)*ω2
ω1=0.9995*ω2
即ω2=1.0005*ω1
可见,把海水全部搬到南北极,气温可达:
T=(273+25)*1.0005*1.0005=298.3K=25.3度。即气温上升0.3度。
从大致的数据计算结果来看,目前现有的冰川全部融化,流到赤道地区,地球的自传速度仅仅减慢一点点,其对应的地球平均气温仅仅下降0.003度。如果把所有的水都变成冰川,分布在南北极附近,地球的平均气温将比现在高0.3度,即地球平均气温25.3度。
这个计算数值令我们大吃一惊!
我们认为冰川期的气温变化幅度,从最高温到最低温,至少40-50度吧。以目前的气温来看,平均气温至少要下降15度左右,才能造成海水温度的显著下降,不再融化冰川。冰川才有可能重新逐步发展、长大。
显然,要想达到平均气温大幅下降这个要求,地球自转速度必须显著变慢。这意味着要把更多占比的冰川融化掉。
我们试着计算一组数据。
我们假设冰川总量占地球质量的2%,把占比2%的冰川融化掉,气温能够下降多少度呢?
假设,全球现有的冰川的数量大约占地球质量的2%,我们把地球半径平均分为50份。再把处于地球半径为1(南北极)的冰川,搬到半径50(赤道的海洋中)的最外层。
根据角动量守恒定律,冰川搬运前后的角动量相同。
M(1*1+1*1+2*2+……+49*49)*ω1=M(1*1+2*2+……50*50) *ω2
根据公式:
1*1+2*2+3*3+……+n*n=n(n+1)(2n+1)/6
可以得到:
(1/2*49*50*99+1)*ω1=(1/2*50*51*101)*ω2
可以得到:ω2=0.942*ω1
此时,气温可达:
T=(273+25)*0.942*0.942=264.4K=-8.6度。即平均气温-8.6度,下降了33.6度。
这个数值较大,我们再试一组。
我们假设冰川总量占地球质量的1%,把占比1%的冰川融化掉,气温能够下降多少度呢?
假设,全球现有的冰川的数量大约占地球质量的1%,我们把地球半径平均分为100份。再把处于地球半径为1(南北极)的冰川,搬到半径100(赤道的海洋中)的最外层。
根据角动量守恒定律,冰川搬运前后的角动量相同。
M(1*1+1*1+2*2+……+99*99)*ω1=M(1*1+2*2+……100*100) *ω2
根据公式:
1*1+2*2+3*3+……+n*n=n(n+1)(2n+1)/6
可以得到:
(1/2*99*100*199+1)*ω1=(1/2*100*101*201)*ω2
可以得到:ω2=0.971*ω1
此时,气温可达:
T=(273+25)*0.971*0.971=281K=8度。即平均气温8度,下降了17度。
这个数值比较贴合实际,即冰河期的最低气温为8,比现在的温度下降17度。
但是,这是一个假设值。虽然这个数值比较符合现实。那么,有没有可能这个数值是正确的呢?
这个假设数据,意味着地球水的质量占其它地球质量的一半。显然,地表上薄薄的一层水,根本不可能与半径6400公里的地球相比较。这个假设数据不成立。
我们再试一组。
我们假设冰川总量占地球质量的0.1%,把占比0.1%的冰川融化掉,气温能够下降多少度呢?
假设,全球现有的冰川的数量大约占地球质量的0.1%,我们把地球半径平均分为1000份。再把处于地球半径为1(南北极)的冰川,搬到半径1000(赤道的海洋中)的最外层。
根据角动量守恒定律,冰川搬运前后的角动量相同。
M(1*1+1*1+2*2+……+999*999)*ω1=M(1*1+2*2+……1000*1000) *ω2
根据公式:
1*1+2*2+3*3+……+n*n=n(n+1)(2n+1)/6
可以得到:
(1/2*999*1000*1999+1)*ω1=(1/2*1000*1001*2001)*ω2
可以得到:ω2=0.997*ω1
此时,气温可达:
T=(273+25)*0.997*0.997=296K=23度。即平均气温23度,下降了2度。
这个数值较低。

我们再试一组。
我们假设冰川总量占地球质量的0.5%,把占比0.5%的冰川融化掉,气温能够下降多少度呢?
假设,全球现有的冰川的数量大约占地球质量的0.5%,我们把地球半径平均分为200份。再把处于地球半径为1(南北极)的冰川,搬到半径200(赤道的海洋中)的最外层。
根据角动量守恒定律,冰川搬运前后的角动量相同。
M(1*1+1*1+2*2+……+199*199)*ω1=M(1*1+2*2+……200*200) *ω2
根据公式:
1*1+2*2+3*3+……+n*n=n(n+1)(2n+1)/6
可以得到:
(1/2*199*200*399+1)*ω1=(1/2*200*201*401)*ω2
可以得到:ω2=0.985*ω1
此时,气温可达:
T=(273+25)*0.985*0.985=289K=16度。即平均气温16度,下降了9度。
这个数值比较贴合实际,冰河期的最低气温为16,比现在的温度下降9-10度左右。
这个数据意味着冰川总量为1,那么地球质量为200。因为冰川占所有地表水的2%,所以,地表水的总量为50。也就是说,整个地表水占地球质量的四分之一。
诺大的地球,其质量仅仅为地表薄薄的一层水的4倍!!!这可能吗?仅仅十几公里的地壳质量,也不止4倍吧。所以,这个数值是错误的。
但是,水的质量与地球质量的比值,向偏低的方向倾斜,能够符合地球周期性冰川期的要求。或许,这样的比值存在一定的合理性。这从另外一个角度说明,地球质量不是我们想象的那么大;也说明,地球上的水远不止我们看到的。或许,地球表层、地下水以及南北极附近冻土层下的,可能存在更多的数量水,占地球总质量的比例非常高。在冰河期的高温阶段,这些水分有可能再次从地下被蒸发出来,到南北极形成冰川,造成地球的自转速度进一步提高。在冰川融化期,这些数量巨大的水重新流回大海、重新泽润大地,分布在自转半径较大的地表,造成了地球自转速度下降,气温也随着大幅下降。这就形成了地球周期性冰川气候。




楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-02-27 19:47:34 +0800 CST  


11.2.8.7质疑:现有的冰川数量不足以形成周期性的冰河期气候
如果存在周期性的冰川期候,那么,冰川期出现的极限就是,或者所有的冰川全部融化,变成海水,此时气温最低;或者所有的海水都结冰,大部分被搬运到南北极,此时气温最高。在没有其它情况的影响下,气温将在最高温度与最低温度之间变化,冰川也在最大值与0之间变化。
如果存在周期性的冰川气候,那么,我们来分析假设一下,冰川气候的一个完整的周期过程。
整个过程大体分为以下阶段:
1)冰川融化期(目前的现状)。平均气温在25℃左右。随着气温的下降,海水蒸发量逐步减少。南北极气温相对地球的平均气温(25度)来说,应该存在温差,会继续保持在0度以下,南北极仍然有能力对大气循环带来的水蒸气进行冰冻处理,形成冰川。只不过由于气温降低,海水蒸发量随着降低,冰川形成的数量会逐步减少。此时,海水温度或许基本保持不变,冰川继续按原速融化。总体来看,冰川融化速度大于形成速度,冰川继续减少,海面继续上升,地球自转速度随之继续变慢,气温随之下降。
2)冰川融化持续期-海水温度开始降温。在气温0℃左右(0℃是一个假设值。这个值或许是零上5度),当气温下降至此值时,滞后的海水温度经过很长时间,才开始扭头下降。海水温度下降滞后气温下降的时间较长,即在气温大幅下降后很长时间内,冰川继续维持原来的温度或者缓慢下降。这样,冰川融化的时间较长,海面上升较高,地球自转速度降低的就大,气温下降的幅度就大。海水温度下降的具体滞后时间,主要由海水总量、空气总量、每天的光照强度三者共同决定吧。
在此阶段,海水蒸发量大幅减少。(在全球平均低温的情况下,阳光的能量,也能造成一定数量的海水蒸发,赤道地区仍然会有海水蒸发,这是正常现象。)海水温度扭头跟随气温,滞后、缓慢下降,冰川融化速度逐步降低。总体上,冰川融化速度仍旧大于形成速度,只不过差值逐步变小,地球自转速度继续缓慢下降,气温也继续缓慢下降。这个特点,决定了该阶段的时间会很长,长达数万年甚至数十、数百万年。
3)冰川融化末期-平衡状态。在零下5℃(假设值)时,海水蒸发量逐步减少至很低,海水温度逐步接近0度,冰川融化速度逐步接近0,或许与冰川形成速度相同。地球自转速度很缓慢下降或者基本不变。这个阶段,在没有外来干扰的情况下,会持续更长的时间,估计数十万年以上。这就是真正漫长的冰封地球。
4)冰川形成初期-冰川缓慢生长。当气温将至最低值零下5℃左右(假设值)时,海水温度接近0度,大面积海面封冻,高纬度地区海面深度冰冻,剩余的冰川不再融化。而此时,太阳依旧不断喷发中微子能量,偶尔喷发猛烈的太阳风,这会造成赤道地区仍有少量水蒸气产生,这些水蒸气被带往南北极,形成冰雪落下,冰川开始缓慢长大。这个阶段,由于气温较低,水蒸气产生的量较少,搬运到南北极过程中也会断断续续形成冰雪落下,因此,中高纬度地区的冰川的增加速度是相当缓慢。在漫长的岁月中,大量的水被一点点地搬到自转轴小的南北极,地球自转速度开始增加,气温开始回升。海水温度基本不变,冰川仍旧不能融化。因此,这个阶段的时间更长,应该持续数百年、上千万年吧。
5)冰川形成加速期。气温回到0度(假设值)以上时,海水温度开始缓步上升,高纬度地区的冰川慢慢开始融化。赤道地区的水蒸气量增加,冰川形成速度增加,南北极中心地区冰川继续增厚、增高。总体来看,冰川形成速度仍然大于融化速度,地球自转速度继续增加,气温继续升高。此阶段呈加速状态,持续时间相对较短
6)冰川形成末期。气温回到20度(假设值)以上时,海水温度快速上升,冰川融化速度加快。赤道地区的水蒸气量进一步增加,北极气温逐步大于零度,北极不再有冰雪形成,南极继续有冰川形成,此时,或许,冰川融化速度基本等于或者稍微低于形成速度,冰川缓慢增厚,地球自转速度增速进一步趋缓。此阶段持续时间相对较长。
此时,冰川基本达到最厚,地球自转速度接近最快,气温接近最高。
7)冰川融化初期。气温回到45度(假设值)时,海水温度跟随气温迅速上升,冰川融化速度进一步加快,南北极气温均大于0度,不再形成冰雪落下。此时冰川融化速度大于形成速度,冰川减少,海面升高,地球自转速度开始减缓,气温开始下降。此阶段持续时间相对较短。
此时的气温45度或许就是气温最高值。因为只要南北极气温大于0度,南北极就不再形成冰雪,冰川就全面转入融化期。此时,南极气温0度,因为南极气温与地球气温相差45度,所以,此时地球气温就是45℃。可见,南极气温与地球气温的差值就决定了地球气温的最高值,也就决定了地球的自转速度最大值。距今4.16亿年左右,地球400天/年,即每天22小时左右,对应的气温为76度,这或许说明当时南极平均温度与地球的平均气温的差值为76度以上。
8)冰川融化加速期。在45度-25度之间时,海水温度继续上升,冰川融化速度进一步加快,北极气温大于0度,不再形成冰雪落下,南极气温低于0度,开始形成冰雪。此时冰川融化速度远远大于形成速度,冰川迅速减少,海面升高,地球自转速度迅速下降,气温迅速下降。此阶段持续时间相对较短。
9)冰川融化期(目前的现状)。在25度-0度之间时,回到了现在的局势,重复下一个周期。
如此看来,一个冰川期,或许包含8个阶段。在这8个阶段中,人类适宜的活动环境只有过程1和过程6中的一部分,其它过程均不适宜人类活动。即便这8个过程时间间隔按相同来计算,那么,适合人类活动的时间只有四分之一的一部分。形成极端气候的是过程2、3、4、5,占冰川期的二分之一,能够形成寒冷的冰天雪地气候,天寒地冻,大地白茫茫一片真干净;过程7、8占冰川期的四分之一,能够形成酷热的高温难耐气候,寸草不生,巨浪一排排到处是汪洋。可见,一个冰川期,适合人类活动的时间很短,仅仅占冰川期的十分之一到五分之一吧。其余时间基本不适合人类生存,甚至还会有2次极端气候,能够造成2次生物大灭绝。
目前,科学家已经研究出,地球已经经历了第四纪冰河期。第四纪冰期来临的时候,地球的年平均气温曾经比现在低10℃~15℃,全球有1/3以上的大陆为冰雪覆盖,冰川面积达5200万平方千米,冰厚有1000米左右,海平面下降130米。
理论上,一个冰川期的完整过程,似乎可以持续进行。实际中,科学家证实,的确存在第四纪冰河期,当时地球的年平均气温曾经比现在低10℃~15℃。
但是,从上文中的计算数据来看,即便现有的冰川全部融化,都流到赤道地区的海洋里,造成海平面上升60多米,然而它对地球大气气温的影响仅仅是降低0.003度,可以说气温的下降可以忽略不计。所以,也可以这样认为,现在的平均气温就是冰川期的最低平均气温。
按照能够形成周期性的冰川气候的原理来看,冰川期时冰川全部融化造成的最低气温,必须很低。只有很低的气温,才能让海水的温度降下来,海水对冰川的融化作用,才能大大减少,甚至接近为0,才有可能进入冰川的形成速度与融化速度相等的平衡状态。阳光的能量此时还能够把部分海水持续的蒸发,并通过大气循环带到南北极,形成冰川。最终造成冰川的形成速度大于融化速度,冰川才能逐渐长大。
如果冰川期的最低气温很高(类似现在的气温),海水融化冰川的潜力、能力一直都存在,那么,冰川形成的速度一直低于融化速度,冰川将不可能慢慢长大,只能慢慢不可逆的消失,地球上将不应该出现冰封地球这个现象。
如果将来冰川融化,不能形成冰封地球,根据冰川气候呈周期性,我们倒推一下,那么,在很早的过去,也不会形成冰封地球。即在历史的长河中,不应该出现冰川!!!
楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-02-28 19:41:07 +0800 CST  
11.2.8.8探讨:地球质量的测量从原理上来看是错误的
我们来分析现在的计算结果,会得出一个结论:单凭4%%%的冰川来回搬运,只能造成气球气温下降0.003度左右,冰川只会单向融化,根本不能重新形成冰川,也就是不可能有周期性的冰川气候。这个推论与地球的形成、发展史即地球经历过冰川期的事实不相符合。
问题出在哪里呢?我们再理顺一下思路。
首先,我们确定冰川是存在的,即地球曾经经受过低温气候。
其次,我们假设形成周期性冰川气候的猜测是正确的,计算依据也基本正确。
即地球的周期性冰川气候的形成原因:在地球自身角动量不变的情况下,由于冰川的来回搬运,使得地球旋转半径发生变化,从而引发自转角速度随着变化,地表自转的角速度决定了自转线速度,地表自转的最大线速度决定了地球的气温高低。
可见,周期性冰川气候发生的地球气温大幅变动,不是外界的影响、干预等造成的,而是有其必然性的。
现在,我们回到现实会发现,现有的地球质量太大,微量的冰川搬运根本不能造成地球的自转速度发生较大的改变。
那么,问题出在哪里呢?
也许,现有的一切数据都是正确的,那么,有可能地球发生的冰川气候的确是外部原因造成的。但是,目前,又没有明确的证据。
如果不是外部原因造成的,需要从自身找原因,那么,最大的可能性就是现有的地球质量数据是错误的。即现有的地球质量比实际值要大很多。
因为要形成冰川,平均气温应该下降10℃~15℃。要达到这个目的,只有搬运更大比例的冰川。从上文的计算来看,搬运占比1%的冰川到赤道地区,基本可以降温10-15℃。搬运占比0.5%的冰川,基本可以达到降温9℃。考虑到地球实际是一个椭圆体,南北极方向半径短,赤道地区半径长,因此,在这种情况下,把南北极的冰川搬到赤道地区,起到降低地球自转速度的效果更强。或许,搬运占比0.1%(甚至更低)的冰川,也能达到降温9℃左右的效果。
这时,地球的质量与冰川的质量之比或许在0.1%左右(或者0.05%左右)。与目前它们的比值4%%%比较,相当于要把现有的地球质量缩小250倍左右。
那么,现有的地球质量果真是错误的?地球质量这个数值被整整扩大数十、上百倍?!!!
由于现有的地球质量我们无法得知是否正确,我们引用一个中间值来对比一下。
我们来粗略计算现有的海水、地壳、地球的质量、密度的比值。
百度:……地壳,地质学专业术语,是指由岩石组成的固体外壳,地球固体圈层的最外层,岩石圈的重要组成部分,通过地震波的研究判断,地壳与地幔的界面为莫霍洛维奇不连续面(莫霍面)。
地壳是地球固体地表构造的最外圈层,整个地壳平均厚度约17千米,其中大陆地壳厚度较大,平均约为39- 41千米。高山、高原地区地壳更厚,最高可达70千米;平原、盆地地壳相对较薄。大洋地壳则远比大陆地壳薄,厚度只有几千米。
青藏高原是地球上地壳最厚的地方,厚达70千米以上;而靠近赤道的大西洋中部海底山谷中地壳只有1.6千米厚;太平洋马里亚纳群岛东部深海沟的地壳最薄,是地球上地壳最薄的地方……
……地球不是一个规则的物体。首先,它不是正球体,而是椭球体,准确地说是一个两极稍扁,赤道略鼓的扁球体; 其次,地球的南极、北极也不对称,就海平面来说,北极稍凸,南极略凹;第三,地球的外部地形起伏多变(这对测量地球半径是有影响的)。平均大约3959英里(6371.393千米)……
……土壤密度又称土粒密度。单位体积固体颗粒的质量,单位为克/立方厘米。曾有人定义为土颗粒的重量与同体积4℃水重之比。两者数值相同,后者无单位。土粒密度值一般在2.60—2.80之间,可用密度瓶法直接测得。……
……四大海洋的平均深度是133米,这个是全球海洋大陆架的平均深度。印度洋位居四大洋海洋深度第二位,平均水深3840米,仅次于太平洋,其最深处在阿米兰特群岛西侧的阿米兰特海沟底部,深达9074米。海水体积总计29195万立方公里。南冰洋的海洋深度在4到5公里,南极洲大陆架很窄,最宽只有258公里,而且深有400到800米深。大西洋,是世界第二大洋平均深度3627米,最深处波多黎各海沟深达9219米。太平洋平均水深3940米,海水体积72370万立方公里。北冰洋平均水深1296米,海水体积1698万立方公里。太平洋是世界上最大、最深、边缘海和岛屿最多的大洋。它位于亚洲、大洋洲、南极洲和南北美洲之间。南北最长约15900千米,东西最宽约19000千米,总面积为18134.4万平方公里,平均深度3957米,最大深度11034米。
从资料得到:地球半径R=6371千米,地壳平均厚度17千米,地球土壤密度我们取2.7*10(12)千克/立方千米,全球海水平均水深133米,分摊到全球表面,则水深为133*(2/3)=0.1千米。
可以得出:
地壳质量=4/3*3.14*(6371*6371*6317-6354*6354*6354)*2.7*10(12)
海水质量=4/3*3.14*(6371*6371*6317-6370.9*6370.9*6370.9)*1*10(12)
海水与地壳质量之比为0.0024:1
可见,现有的海水质量占地壳质量的0.24%左右。
考虑土壤中含有一定的水分,以及南北极冰川,我们认为水的质量与地壳质量之比不会超过0.3%。我们假设海水与地壳的比值,为1:333(0.3%)。如果海水总量为1,那么,地壳质量为333。根据现有的资料,水占地球总质量的2%%(万分之二),那么,地球总质量为5000。地壳与地球质量的比值为1:15。
我们再来看地球与地壳的体积。
地壳体积=4/3*3.14*(6371*6371*6317-6354*6354*6354)
地球体积=4/3*3.14*(6371*6371*6317)
地壳与地球体积的比值为 1:130
那么,底壳密度与地球密度之比为:(1:15)/(1:130)=8.7:1
按照现有的数据来看,地球的地壳、地幔、地核三大结构中,地壳的密度是很大的,其密度是地球平均密度的8.7倍。
如果我们的推理和计算是正确的,那么,
难道地球内部是类似中空的结构?
难道地球内部是类似中空的结构?
难道地球内部是类似中空的结构?(重要的话说3遍)
以现有的数据来推理和计算,我们得出了地壳的密度是地球平均密度的8.7倍。但是,这个数据仍然不能完全支持周期性冰川气候的形成。支持周期性冰川气候的数据是,海水质量占地球质量的比例还要更高(比如达到0.5%左右的数量级)。如此继续计算下去,底壳密度与地球密度之比就会更大。这个数据进一步说明地球内部大部分就是空的。
这与现代科学认为地球内部是密度较大的液态铁截然不同。如果我们能够发现地球质量果真比现在认定的值要小,那么,我们原有的对地球的认识、探索就是方向性错误,就需要彻底告别过去,从新的方向重新开始了。
如果地球的质量数值变大呢?
假如地球的质量不是5000(假设海水的质量为1)而是5万,质量比现在增加10倍,那么,地壳的密度变成地球平均密度的0.87倍。这样,似乎可以认为地球内部存在密度较高的液态铁。但是,由此得出的万有引力系数就将缩小10倍,本来就已经出现的许多大量天体无法用万有引力来解释的现象(比如天体之间由于吸力不足而不能围绕中心公转的问题。),将更无法解释。因为随着万有引力系数的减少,天体间的吸力将变得更小,更无法吸引住其它天体围绕其转动。或许,只能闭着眼说,宇宙间存在的更多的暗物质、暗能量了,并且这些能够产生吸力,把星系中的天体吸引到一起的暗物质暗能量,我们观察不到它们!!!
可见,从现在的情况分析,无论地球质量怎样变化,无论它变大还是变小,都不能合理的解释所有的物理现象。或许,可以这样认为,现代物理已经到了进退维谷的地步。这只能说明万有引力定律的适用范围太小,就像用3个壶盖盖5只壶,怎么盖都不能把5只壶全部盖住,只能拆了“东墙补西墙”。
那么,这种“一叶障目,不见森林”、“ 进退维谷”的状况到底怎样产生的呢?需要怎样的方法来弥补呢?
或许,这要从常常出现在我们面前,且又挡住我们视线的最基本的物理属性-质量说起吧。让我们来看一下地球的质量到底是如何计算出来的吧。
楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-03-01 19:49:13 +0800 CST  
11.2.8.8.1百度:地球质量
……大家公认的地球质量为5.965×10^24kg。【英国《观察家报》报道】计算结果表明,地球的质量比原先认为的要轻得多。这个计算结果大大出乎物理学家们的预料。
经过历时4年、耗资数十万美元的计算,华盛顿大学的物理学家默科维茨博士和贡德拉克教授说,地球的质量约为5.965×10^24kg,这个计算结果将在4月30日由美国物理协会宣布。
这两位物理学家说,他们对影响每个星球的引力常数得出了迄今最精确的计算结果。尽管人们早已知道光速和音速,但是科学界一直未能解决引力常数。知道引力常数就能计算出星球的质量。
对于天文学家和物理学家们来说,这一突破具有极其重大的意义。英国伯明翰大学物理学家斯皮克博士说,这一计算结果"大大出乎科学家们的预料"。
我们人类居住的地球,是个非常巨大的球体。第一个测量出地球质量的人是谁?他就是英国科学家亨利•卡文迪许(1731一1810)。1798年,他通过巧妙实验,间接测量出地球巨大的质量数值,被人们誉为"第一个称地球的人"。
1731年10月10日,亨利•卡文迪许诞生于英国的一个贵族家庭中,这个家族地位非常显赫,家财豪富。但是他从小却十分喜爱读书,富于幻想,求知欲强。他在青少年时期打下的牢固基础,对他一生中在科学上取得的成就有很大的作用。
卡文迪许生活的年代,正是自然科学飞速发展的时期,同时也面临着许多"难题",其中,最著名的一个就是"称出地球质量"。当时经过测量和计算已经知道地球的半径约为6400千米;地球的表面积通过测量和计算,已经知道大约是5 .1×10¹⁴平方米;地球的体积通过计算也知道约为1 .08×10²¹立方米,都是极其巨大的数字。所以,人们都非常想知道:地球的质量是多少呢?
当时很多科学家都试图找到"称地球"的方法。有人提出使用计算方法:地球体积已经知道了,再设法求出它的平均密度,然后利用质量=密度*体积的公式,就可以求出地球质量。这种利用物理学密度公式计算的方法,有一些道理。后来地球大气的质量,就是利用此法测量计算的。大气的密度随高度下降,大气质量的90%集中在离地表15千米高度以内,经过仔细测量计算,可以知道:地球大气的质量约为5.3×10²¹克(约占地球总质量的百万分之一)。
可是这种物理学密度公式计算的方法无法计算出地球实体的质量数值。因为地球的物理结构非常复杂,构成地球各部分的密度不同、差别很大,况且地球中心的密度根本无法知道。所以有人断言:"人类永远不会知道地球的质量!"
首先向这句话挑战的,是年轻的科学家牛顿。1687年他发现了万有引力定律:"任何两个物体都是互相吸引的,引力大小与这两个物体质量的乘积成正比,与它们中心距离的平方成反比。"牛顿高兴地发现,利用这个万有引力定律公式可以求出地球质量来!你看:公式中M表示地球的质量数值,m表示地面一个已知物体的质量数值,r表示它们中心的距离(就是地球半径的数值)万有引力f的大小就是物体m受到的重力数值。这样可以计算出地球质量M的数值啊!
但是细心的读者发现,利用这个"万有引力定律"公式还有一个条件:必须得到"万有引力系数"G的数值。也就是说,必须在地面直接测量出两个物体之间的引力数值。
牛顿精心设计了几个实验,企图在地面测量两个物体之间的引力,可惜都失败了,经过粗略推算,牛顿发现一般物体之间的引力极其微小,以至根本测不出来。失望之余,已经成为大家测出地球质量最后希望的牛顿,也当众宣布:在地面想利用测量引力,利用这个万有引力定律来计算地球质量的努力,将是徒劳的!
1750年,法国科学家布格尔兴师动众到南美洲的厄瓜多尔,登上陡峭的琴玻拉错山顶,沿着悬崖吊下一根铅垂线。他想:铅球的质量已知,山体的质量可以计算出来,只要测量出铅球因为受到山体的吸引偏离的角度,就可以得知山体和铅球之间的引力大小,进一步再推算出地球的质量。"铅垂线法"的实验原理是对的,可惜多次都失败了。因为山风和各种振动的影响,远远超过山体和铅球之间的微小引力,实验没有取得任何有意义的数据。
1774年,英国科学家尼维尔•马斯基林又在柏斯郡的一座陡峭悬崖上,利用"铅垂线法"精心测量,采取一些避风和防震动的措施,但是,"铅垂线法"的结果还是失败了。
"称地球"这一科学难题,强烈吸引着年轻的卡文迪许。卡文迪许22岁毕业于剑桥大学,从此走上研究科学的道路。他第一个发现了氢元素;通过氢和氧的火花放电得到水;通过氧和氮的火花放电得到硝酸……被人们誉为"一台最有效的机器",29岁加入英国皇家学会,成为有影响的科学家。但是卡文迪许却念念不忘这个著名的科学"难题":称地球!
在前人研究成果的基础上,卡文迪许开始了新的攀登。他做了哪些艰苦的努力呢?
"工欲善其事,必先利其器"。1750年,年仅19岁的卡文迪许听到一个消息:剑桥大学的约翰•米歇尔在研究磁力时,使用一种新的测力方法:用一根细绳将细长的磁针从中间吊起来,利用细绳的扭转程度表示力的大小。卡文迪许专程前往求教,仔细观察、认真学习了这套装置。
卡文迪许利用米歇尔的装置,设计出测量微小引力的新方法,将两只小铅球装在一根细长杆的两端,做成一个"哑铃"样的东西,用一根细丝从中间吊起"哑铃",实验时再用两个大铅球分别去靠近小铅球。由于大小铅球之间万有引力的作用,"哑铃"将有微小的转动,仔细测量细丝扭转的程度,就可以计算出大小铅球之间的引力,从而推算出地球的质量。但他多次实验却不能成功。为什么呢?我们知道:两个1千克的铅球,相距10厘米时,吸引力只有十亿分之一千克!要测量出这么极其微小的力,谈何容易!
卡文迪许陷入了长期苦闷之中,他想:实验时细丝肯定发生了扭转,只是太小太小了,导致肉眼根本观察不出来。能不能把微小的扭转加以放大呢?用什么办法呢?卡文迪许冥思苦想。有一天,他去皇家学会活动,路上看见几个小孩正在做游戏:用手中的小镜反射太阳光,互相照着玩,小镜只要稍一转动,远处光点的位置就发生很大的变化。卡文迪许的脑海中迸发出一个明亮的火花:"小镜!光点!小镜!光点!"他叫出了声。
卡文迪许马上跑回实验室,动手修改仪器装置,他将一个小镜固定在细丝上面,用来将一束光线反射到一个刻度尺上面。这样,只要细丝有一极其微小的转动,刻度尺上的光点就会有明显的移动,仪器的灵敏度大大地增强了。卡文迪许又进一步设法解决了仪器的各种干扰问题,例如空气流动和震动的影响。这套经过改进可以测量微小力的仪器,定名为"扭秤",仍然在精密实验中发挥着作用。
卡文迪许利用"扭秤"终于称出地球的质量,1798年,他公布了地球巨大的质量数值,这时他已经白发苍苍,67岁高龄了。地球质量多大呢?是约5.965×10^24kg,就是大约60万亿亿吨!
试验仪器如下图。


地球质量已知,地球的平均密度就可求出来:现代测定的地球平均密度约为5 .517克/立方厘米;而地球表层密度仅为2 .5-3克/立方厘米,这样我们就可以推算出地球中心的密度达7~8克/立方厘米,远比地球表层为大,可能由铁、镍等重物质组成。
不久,利用同样的方法,测量出太阳更加巨大的质量,是地球质量的30万倍,为2 ×10³º千克。接着太阳系其他行星的质量也陆续被测量出来。万有引力定律不断得到了物理实验的验证,万有引力系数G的数值也越来越精确地测量出来,成为重要的物理参数之一,在现代航天航空技术中有极其重要的作用。卡文迪许的"扭秤"实验成果有力地推动了科学技术的发展。
1810年3月10日,卡文迪许在英国伦敦逝世,终身未婚。他和他设计的"扭秤"一同载入科技史册,被人们誉为"第一个称地球的人"!人们为纪念这位大科学家,特意为他树立了纪念碑。剑桥大学还把卡文迪许工作过的实验室命名为卡文迪许实验室,这个实验室造就了不少有名望的物理学家。卡文迪许可算是一位活到老、干到老的学者,直到79岁高龄、逝世前夜还在做实验。他一生获得过不少外号,有"科学怪人""科学巨擎""最富有的学者、最博学的富豪"等。他那勤于学习,善于思考,勇于探索的精神永远值得我们学习!
楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-03-02 19:40:55 +0800 CST  
11.2.8.8.2质疑:测量地球质量的方法到底测量的是什么呢?
在上文中,我们看到了科学家测量地球质量的方法。……卡文迪许利用米歇尔的装置,设计出测量微小引力的新方法,将两只小铅球装在一根细长杆的两端,做成一个"哑铃"样的东西,用一根细丝从中间吊起"哑铃",实验时再用两个大铅球分别去靠近小铅球。由于大小铅球之间万有引力的作用,"哑铃"将有微小的转动,仔细测量细丝扭转的程度,就可以计算出大小铅球之间的引力,从而推算出地球的质量。
从这个试验装置来看,能够引起两个大铅球分别去靠近小铅球,能够引起测量细丝的扭转。
在这个过程中,我们的确没有看到其它的作用力造成了测量细丝的扭转。所以,我们就认为这是大小两个铅球之间的万有吸力造成的。这个吸力与两个铅球的质量大小成正比,与它们之间的距离成反比。
在当时,限于科技水平较低,人们这样考虑,也是可以理解的。但是,到了现在,我们再来看这个试验,会赫然发现,这个试验测定的有可能根本就不是两个铅球的吸力。
那么,卡文迪许试验测的到底是什么呢?
楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-03-02 19:42:39 +0800 CST  
11.2.8.8.3探讨:造成物体相互靠近的动力是压差
丹尼尔•伯努利在1726年首先提出:“在水流或气流里,如果速度小,压强就大;如果速度大,压强就小”。我们称之为“伯努利原理”。
其原理我们可以这样理解:压强即流体分子的在单位体积内的动能(P=E/V)。
正常情况下,流体分子各向同性,因此,四面八方的压强都一样。比如,在一个正方体内,上下左右前后六个面,每个面受到的动能撞击均为流体分子具备的总动能的六分之一。当流体分子定向流动时,其大部分分子与流动方向相同,只有少数的分子流向四面八方。这些流向侧面、低于平均数量的分子具备的动能就低于正常情况下每个侧面受到撞击的动能,即侧面产生的压强就低。此时,我们假设一半流体分子定向向前流动,那么,剩余一半的流体分子各向同性,均匀向四面八方撞击。那么,前面撞击动能为总动能的二分之一,后面撞击动能为0。上下左右四个面,每个面受到的动能撞击均为流体分子具备的总动能的十二分之一。此时,上下左右四个面产生的压强相同,为正常情况下的一半。前面产生的压强为正常情况的3倍,是四个侧面的2倍。
我们拿着两张纸,往两张纸中间吹气,会发现纸不但不会向外飘去,反而会被一种力挤压在了一起。因为两张纸中间的空气被我们吹得流动的速度快,压力就小,而两张纸外面的空气没有流动,压力就大,所以外面力量大的空气就把两张纸“压”在了一起。这就是“伯努利原理”原理的简单示范。


其他的相关事例。
1)列车(地铁)站台的安全线
在列车(地铁)站台上都划有黄色安全线。这是因为列车高速驶来时,靠近列车车厢的空气被带动而快速运动起来,压强就减小,站台上的旅客若离列车过近,旅客身体前后会出现明显的压强差,身体后面较大的压力将把旅客推向列车而受到伤害。
所以,在火车(或者是大货车、大巴士)飞速而来时,你绝对不可以站在离路轨(道路)很近的地方,因为疾驶而过的火车(汽车)对站在它旁边的人有一股很大的吸引力。有人测定过,在火车以每小时50公里的速度前进时,竟有8公斤左右的力从身后把人推向火车。看懂“伯努利”原理后,等地铁再也不敢跨过那条黄线了吧(分享给身边的人哦~~)
2)船吸现象
1912年秋天,“奥林匹克”号轮船正在大海上航行,在距离这艘当时世界上最大远洋轮的100米处,有一艘比它小得多的铁甲巡洋舰“豪克”号正在向前疾驶,两艘船似乎在比赛,彼此靠得比较 行着驶向前方。忽然,正在疾驶中的“豪克”号好像被大船吸引似地,一点也不服从舵手的操纵,竟一头向“奥林匹克”号撞去。最后,“豪克”号的船头撞在“奥林匹克”号的船舷上,撞出个大洞,酿成一件重大海难事故。
究竟是什么原因造成了这次意外的船祸?在当时,谁也说不上来,据说海事法庭在处理这件奇案时,也只得糊里糊涂地判处“豪克”号船长操作不当呢!
后来,人们才算明白了,这次海面上的飞来横祸,是“伯努利原理”现象。我们知道,根据流体力学的“伯努利原理”,流体的压强与它的流速有关,流速越大,压强越小;反之亦然。用这个原理来审视这次事故,就不难找出事故的原因了。
原来,当两艘船平行着向前航行时,在两艘船中间的水比外侧的水流得快,中间水对两船内侧的压强,也就比外侧对两船外侧的压强要小。于是,在外侧水的压力作用下,两船渐渐靠近,最后相撞。又由于“豪克”号较小,在同样大小压力的作用下,它向两船中间靠拢时速度要快的多。因此,造成了“豪克”号撞击“奥林匹克”号的事故。现在航海上把这种现象称为“船吸现象”。
我们用图解分析一下:
下图中的两艘船在静水里并排航行着,或者是并排地停在流动着的水里。两艘船之间的水面比较窄,所以这里水的流速就比两船外侧的水的流速高(如果难以理解的话,就将船看做静止,水在超船流动),压力比两船外侧的小。结果这两艘船就会被围着船的压力比较高的水挤在一起。有经验的海员们都很知道两艘并排驶着的船会互相强烈地吸引。
如果两艘船并排前进,而其中一艘稍微落后,像下图所画的那样,那情况就会更加严重。使两艘船接近的两个力F和F,会使船身转向,并且船B转向船A的力更大。在这种情况下,撞船是免不了的,因为舵已经来不及改变船的方向。
鉴于这类海难事故不断发生,而且轮船和军舰越造越大,一旦发生撞船事故,它们的危害性也越大,因此,世界海事组织对这种情况下航海规则都作了严格的规定。它们包括两船同向行驶时,彼此必须保持多大的间隔,在通过狭窄地段时,小船与大船彼此应作怎样的规避等等。这样,大家就会理解了:为什么有些海峡和运河看起来比较宽,而航运管理方却仍说:“不适合两船并排或相向而行”了吧!





3) 游泳。
学会了“伯努利原理”,我们就会明白:为什么到水流湍急的江河里去游泳是一件很危险的事。有人计算了一下,当江心的水流以每秒1米的速度流动时,差不多会有30公斤的力在吸引、排挤着人的身体,就是水性很好的游泳能手也望而生畏,不敢随便游近哪!
4) 刮风掀翻屋顶或压垮大桥
当刮风时,屋面上的空气流动得很快,等于风速,而屋面下的空气几乎是不流动的。根据“伯努利原理”,这时屋面下空气的压力大于屋面上的气压。要是风越刮越大,则屋面上下的压力差也越来越大,一旦风速超过一定程度,这个压力差就“哗”的一下掀起屋顶!正如我国唐代著名诗人杜甫《茅屋为秋风所破歌》所说的那样:“八月秋高风怒号,卷我屋上三重茅。”台风吹垮大桥也是“伯努利原理”的作用:台风经过大桥,会从桥面上和桥洞里吹过。由于桥洞相对于桥面比较小,所以风经过的时候,风速比较快,压强较小,而桥面上的风速比较慢,压强较大。这样,就产生了压强差。桥梁如果承受不了这样的压力,就会被压垮塌。
5) 香蕉球 (弧线球)
如果你经常观看足球比赛的话,一定见过罚前场直接任意球。这时候,通常是防守方五六个球员在球门前组成一道“人墙”,挡住进球路线。而进攻方的主罚队员,起脚一记劲射,球绕过了“人墙”,眼看要偏离球门飞出,却又沿弧线拐过弯来直入球门,让守门员措手不及,眼睁睁地看着球进了大门。这就是颇为神奇的“香蕉球”。
为什么足球会在空中沿弧线飞行呢?原来,罚“香蕉球”的时候,运动员并不是把脚踢中足球的中心,而是稍稍偏向一侧,同时用脚背摩擦足球,使球在空气中前进的同时还不断地旋转。这时,一方面空气迎着球向后流动,另一方面,由于空气与球之间的摩擦,球周围的空气又会被带着一起旋转。这样,球一侧空气的流动速度加快,而另一侧空气的流动速度减慢。
“伯努利原理”告诉我们:气体的流速越大,压强越小。由于足球两侧空气的流动速度不一样,它们对足球所产生的压强也不一样,于是,足球在空气压力的作用下,被迫向空气流速大的一侧转弯了。
6) 喷雾器
喷雾器是利用流速大、压强小的原理制成的。让空气从小孔迅速流出,小孔附近的压强小,容器里液面上的空气压强大,液体就沿小孔下边的细管升上来,从细管的上口流出后,液体受到空气流的冲击,被喷成雾状。
7) 汽油发动机的化油器
汽油发动机的化油器,与喷雾器的原理相同,化油器负责的两件事:让燃油汽化;让汽化的燃油和一定比例的空气相混合形成混合气。由于技术、利润等原因,汽车的化油器已经被电喷取代。化油器是向汽缸里供给燃料与空气的混合物的装置,构造原理是:当汽缸里的活塞做吸气冲程时,空气被吸入管内,在流经管的狭窄部分时流速大,压强小,汽油就从安装在狭窄部分的喷嘴流出,被喷成雾状,形成油气混合物进入汽缸。
可见,两个物体相互靠近的原因可能不是万有引力产生的吸力,而是流体定向流动产生的压差。
我们知道的流体:气体(比如空气分子)、液体(比如海水)。这些流体定向流动时产生的压差现象,我们都见过不少。因此,我们不会认为两艘离得很近并排运行的两船会在吸力的作用下,相互靠近,最终撞倒一起。而是知道只是海水在快速通过两艘船之间时,海水在两艘轮船内侧产生的压强低于在两艘轮船外侧产生的压强,在海水压强差的作用下,两艘两船会相互靠近,最终撞倒一起。
楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-03-02 19:43:46 +0800 CST  

11.2.8.8.4猜测:颠覆现代物理基石的推测
我们在上文分析了流体定向流动能够产生压差。同理,如果在宇宙中存在一种看不见的流体,其质量很小,速度为光速,那么这种流体在流过两个物体之间时,会不会产生压差呢?
我们认为也会产生压差。
这种流体,就是我们一直介绍的中微子。在上一章《能量之源》中,我们假设:“中微子”特指质量微小,大都以较高的速度(接近光速)运行,充满整个宇宙空间的粒子。中微子或许就是光的载体,中微子的振动频率就是光的频率。宇宙中形形色色、大大小小的各种运动,都是中微子参与的结果。
在卡文迪许的试验中,中微子以光速通过大小两个铅球之间的狭小缝隙,铅球内侧流速会增加,压强会变小。而铅球外侧的压强不变,这样就会产生中微子压差。大小两个铅球在中微子压差的作用下,能够相互靠近,从表面现象来看,似乎是它们在相互吸引。如下图。



所以,我们认为卡文迪许的试验,测得是中微子在两个铅球内侧与外侧产生的压差。而不是万有引力产生的吸力。所以,从这个试验中根本不能得出万有引力系数。
再推论下去,如果这个试验不能得出万有引力系数,那么,地球、太阳、各行星的质量可能都是错误的,都需要重新测量。我们对宇宙、太阳系的认知,或许都需要重新开始。
再进一步推断,万有引力定律,现代物理的基石,也是错误的。两个物体间能够相互靠近,根本不是万有引力的作用结果!!!
目前,我们从地球上存在的周期性冰川气候这一假设来分析,很偶然的发现通过万有引力系数得出的地球质量是不对的。地球质量应该缩小数百倍,才会产生周期性冰川气候。
那么,还有那些事情、现象是万有引力定律解释不了的呢?或者说,证明万有引力是错误的呢?

楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-03-02 19:44:46 +0800 CST  
11.2.8.8.5探讨:暗物质理论的提出是对万有引力定律的全盘否定
百度:暗物质是理论上提出的可能存在于宇宙中的一种不可见的物质,它可能是宇宙物质的主要组成部分,但又不属于构成可见天体的任何一种目前已知的物质。大量天文学观测中发现的疑似违反牛顿万有引力的现象,可以在假设暗物质存在的前提下得到很好的解释。现代天文学通过天体的运动、引力透镜效应、宇宙的大尺度结构的形成、微波背景辐射等观测结果表明,暗物质可能大量存在于星系、星团及宇宙中,其质量远大于宇宙中全部可见天体的质量总和。结合宇宙中微波背景辐射各向异性观测和标准宇宙学模型,可确定宇宙中暗物质占全部物质总质量的85%。
可以看出,现代科学已经观测到大量违反万有引力的现象。主要反映在根据万有引力计算得出的力,不足以束缚更多的天体围绕其中心转动。这些天体应该早就四散五裂,而不是聚在一起,围绕中心转动,形成稳定的星系。
为了弥补这个大漏洞,科学家们在坚信万有引力正确的情况下,“无中生有”的产生了一个100倍的力,在这个力的作用下,天体能够受到足够大的力,不至于逃脱。这个力就是我们看不见摸不着的“暗物质”生产的吸力。
从常识来判断,如果一个理论正确,那么,这个理论能够解释很多事物、现象。它产生的误差,也应该较小,应该小于10%吧。对于这些微小的误差,我们可以根据具体情况,具体进行分析,找出相关的影响因素,并对理论进行微调,加入必要的补充条件,进行弥补。弥补的基础是该理论的误差很小。
我们来看万有引力定律,其误差已经达到近100倍。这只能说明万有引力定律不符合天体的运行轨迹。有可能是计算错误,也有可能是该理论从根本上就是错误的,造成物体相互靠近(吸引)的力根本不是吸力,而是压差。就像水流中两条船的相互靠近,我们能说这是两条船的吸力造成的吗?(具体分析,后面的《力之源》部分再谈这个话题)

楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-03-03 19:48:29 +0800 CST  

11.2.8.8.6探讨:能够证明中微子能够形成压差的试验
流体分子定向流动时能够产生压差。根据上文分析,产生压差的大小取决于以下几个因素:
1)流体分子的总量;
2)定向流动的流体比例。比例越大,产生的侧面压差就越大;
3)流体的流速;
4)流动空间的形状。
根据以上分析,我们设计了几个试验,用来证明中微子定向流动能够形成压差。
试验一
在太空重新进行卡文迪许的试验。得出的试验数值应大于地面试验数值。
因为地面空气密度大,所以,中微子数量要少很多。其产生的压力差也应该较小。太空中中微子密度应该较大,产生的压差也大。
宇航员在太空中已经发现,在空间站中,众多的小水滴可以更容易凝聚到一起,形成一个更大的大水滴。或许说明,水滴外侧的中微子,能够产生更大的压差。
试验二
进行卡文迪许的试验时,使用强光,分别照射两个铅球间的内侧和外侧。照射铅球的外侧时,得出的试验数值应该大;照射铅球的内侧缝隙时,得出的试验数值应该小。
因为光是具有振动频率的中微子。照射到哪里,相当于施加一个额外的压强,产生一个额外的压力。
试验三
进行卡文迪许的试验时,调节周边环境的温度。温度高时,试验数值应该大。
因为周边空气也能够产生压差。温度高,空气分子动能大,从铅球外侧撞击产生的力就大,形成的压差就大。
试验三
进行卡文迪许的试验时,使用两个正方体物体。得出的试验数值应该很小。
因为中微子流经两个正方体间空间时,流速未发生改变,不能形成压差。
我们无法做这些试验,希望有能力的爱好者进行试验验证。
楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-03-03 19:49:43 +0800 CST  
11.2.8.9探讨:周期性冰川气候的消失
关于地球质量,我们以后谈论。下面,我们继续探讨冰川气候的消失。
通过分析,我们可以看出,地球南北极的冰川就是巨大的“缓冲器、储能器”。冰川的形成和融化造成了地球气候自动的进行大的周期性的变化,冰川数量的多少,也意味着气温变化幅度的大小。那么,在这种自动循环的过程中,有没有突发的大事件,造成自动循环的不可逆呢?
如果,因为某一事件,造成气温高,冰川不再形成,也就没有了冰川的融化;或者由于气温低,形成的冰川无法融化。这样,该自动循环将不再进行。地球的自转速度将不再变化,气温也不再变化,就没有周期性的冰川气候变化了。
1)那么,在什么情况下,冰川不再形成了呢?
或许,当地球的平均气温逐步且不可逆到达45℃时,那是地球将是炎热一片,南北极气温均高于零度,冰川不再形成。那时,将是人类噩梦的开始。
在目前的情况下,地球接受外界的能量主要来组太阳。太阳持续照射地球已经数十亿年了,由于大量海水的存在,海水得到了太阳传输过来的一部分能量,这些能量也必然会传递给空气分子,空气分子的动能升高后,就会打碎海水中水分子形成的水链,产生水蒸气。空气分子的动能就被消耗了,不再继续向海水传递能量。新产生的水分子在空气中能不断的拦截、分流太阳传输过来的能量,起到很好的保护作用。这使得很大一部分太阳的能量在半空中就被拦截下来。从而避免了太阳能量持续的传向地球,引起地球的气温升高。在夜晚,水分子彼此吸引,同时也缺少高能空气分子的撞击,它们能够聚合在一起形成小水滴、小冰晶,等待着第二天再次拦截太阳的能量。
可以看出,只要存在大量的海水,空气中存在大量空气分子,太阳的能量不会给地球带来太大的高温。如果没有海水吸收能量,或许地球表面会像月亮表面那样,温度会很高。可见,地球上,保持大量水的存在,是地球家园永远适宜居住的必要条件。而要大量增加水量,显然,以我们目前的科技、能力,没有有效的方法和途径。那么,保持住现有的水量,不要让大量的水蒸气升高到高空从太空泄漏掉,或许是我们应该采取的方法。当然,在大气层下,调拨、储备、循环使用水,应该都没问题。
或许,我们应该形成共识:所有能够搅动大气循环的试验都应该停止。在没有方法大量增加水量的情况下,让我们珍惜现有的水资源吧。
2)那么,在什么情况下,形成的冰川不能融化呢?
显然,在低温条件下,气温降至零下,海水温度大多接近0度,此时,冰川将不再融化。
我们地球的能量主要来自太阳。太阳在将来的数十亿年中,会稳定的向地球通过源源不断的能量。所以,在地球、太阳相对正常运转的情况下,应该不会产生地球低温的情况。除非再来一次大的陨石撞击,就像新疆塔克拉玛干沙漠遭受的巨大陨石撞击一样,造成地球自转速度下降很多,使得气温降低,空气分子的动能剧降,不能打碎水分子的水链结构,水链将从平面结构逐步向立体结构迈进,将变得更稳定,这就是冰。那时,冰的形成加快,同时也没有高能空气分子来撞碎冰,这使得冰的增长一帆风顺,地球将很快变成一个冰封世界。
从地球的历史来看,一次巨大的陨石(新疆塔克拉玛干沙漠天外陨石)撞击形成了一个美丽的家园,再来一次大的陨石撞击,或许会完全破坏掉现有的宜居环境,把地球带向彻底冰封的地步。 为防止这种情况的发生,我们应该对地球进行层层防护。要有方法、有能力将巨大的陨石拦截在外太空,从而保证地球家园的平安稳定。


楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-03-03 19:51:11 +0800 CST  
11.2.9再议地球上五次生物大灭绝

11.2.9.1探讨:影响冰川周期的因素
上文我们分析到:……如此看来,地球发生周期性的冰川也是必然的。太阳光的能量把水从旋转半径大的赤道地区搬到了旋转半径小的南北极附近地区,引起的副作用就是地球自转速度的增加,地球自转速度的增加又引起气温、水温上升,会把形成的冰川再次融化,水重新流回赤道地区。水在赤道地区与南北极地区的来来往往搬运,我们就看到了周期性的冰川事件。……
假如这就是地球周期性冰川的原因。那么,哪些因素决定了地球冰川的周期呢?
在太阳2.2亿年的公转周期中,太阳系或许会来到一些奇特的区域,从而严重影响太阳的状态,也影响中微子的能量传递,即严重影响地球从太阳的到的中微子传递的能量,也影响了阳光在赤道地区和南北极地区来回搬运水的能力。但是,如果真有如此的问题,地球冰川期的周期应该与太阳公转周期相同,就是2.2亿年。目前,太阳公转周期2.2亿年与地球冰川的周期第一次基本相符,与第二次相差较大。如果太阳公转的因素起决定作用,那么,地球冰川的周期应该不会发生这么大的变化,应该基本保持在2.2亿年左右,即便6000万年的陨石撞击事件,也不会大幅度改变地球冰川的周期。在目前,暂未发现太阳公转过程中,传递的中微子能量有周期性变化,所以,我们或许可以肯定的说,在大范围周期内,太阳公转不是影响地球气侯周期性的变化的决定因素。但是,这并不是全部否定太阳公转对地球冰川的影响,太阳公转的影响还是存在的,只不过起到的作用是锦上添花而已。
在不考虑地球公转的因素下,那么,我们从地球自身的因素来考虑这个问题。
1)地球空气总量。这是地球冰川周期性的决定因素之一。没有稳定的空气总量,或许就不会形成周期性的冰川。空气总量太低,则空气温度较低,形成冰川后则冰川融化较难,冰川会一直存在,冰河期会更长;空气总量太多,则温度较高,冰雪融化速度较快,或许很难形成冰川,但气温高,对人们的生活影响巨大;空气总量不稳定,比如空气中氧气太多,则会发生由于突发事件造成短时间内氧气消耗过大,造成空气总量锐减,气温大降,形成冰川也不易融化;比如空气中CO2太多,当绿色植物过多时,会把CO2转化成氧气,氧气易消耗,存在空气总量突然下降的风险。并且CO2转化成氧气,这本身就是对空气总量的减少,对温度影响较大。比如假如绿色植物把大气中40%的CO2中的一半转换成氧气,那么,空气总量将下降20%*(12/(16+16+12))=5%,空气总量下降5%,对应温度T也下降5%,即5%*(273+20)=15度。也就是地球平均温度下降15度,这将是灾难性的后果。
目前我们采取减少CO2的排放总量的方法。以2015年的数据来看,2015年全球碳排放363亿吨,而大气总质量约6000万亿吨,CO2排放总量只占大气的0.000006,约为百万分之六,显然,仅仅控制这点气量,对全球气候这种大趋势变化的影响微不足道。控制碳排放这种方法只是提醒我们要关注这个问题,而不是解决问题的有效方法。我们不应该犯一叶障目不见泰山、舍本求末的错误,应该回头是岸,寻找真正影响气温的方法,然后制定长期规划,未雨绸缪,为未来的地球创造适宜的气温。
2)地球自转速度。在地球的海水数量一定的情况下,地球自转速度过高,则气温过高,引起水温升高,不易形成冰川;自转速度太低,则形成冰川后不易融化,将拉长冰川周期的长度。经过分析,可以看出,当地球自转速度突然下降,而后再保持自转速度不变,将会增加地球冰川周期的长度。在距今6000万年,新疆塔克拉玛干沙漠地区受到了一次巨大的陨石撞击,这延缓了地球冰川的周期。使得地球冰川期间隔从2.3亿年延长到3.1亿年,延长了0.8亿年年。
不过,新疆塔克拉玛干沙漠地区的撞击事件,把青藏高原撞成世界屋脊。这么大的撞击能量,仅仅延长了地球冰川周期的0.8/2.3=35%。
3)太阳的公转引起中微子传递能量变化的影响。我们知道太阳几乎不停的向外喷射、传递中微子的振动能量,地球得到的中微子能量基本或许保持不变。中微子能量进入地球后,除了被绿色植物的光合作用吸收一部分外,还有一部分在空气中往返碰撞,支持空气分子的布朗运动,还有一部分顺地球内部逆时针流动,形成地球磁场。
楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-03-04 19:49:40 +0800 CST  
11.2.9.2猜测:周期性冰川引发生物大灭绝
上文我们分析了地球周期性冰川气候会形成极端的气温。全球气温或许最高可达76摄氏度左右,最低可达零下76摄氏度左右。这两个极限温度,对人类、生物都是灭顶之灾,都会造成生物大灭绝。地球经历了最近的3次冰川期,应该存在5-6次生物大灭绝。而据考证,地球历史上正好发生了5次生物大灭绝。这5次的时间与生物大灭绝的时间是否相吻合呢?
我们来看一下地球历史上的五次生物大灭绝。


1)第一次物种大灭绝,发生在4亿4千万年前的奥陶纪末期。导致了85%的物种灭绝。原因:由全球气候变冷造成的。
2)第二次物种大灭绝,发生在3.65亿年前的泥盆纪后期。海洋生物遭受了灭顶之灾。原因:是地球气候变冷和海洋退却造成的。
3)第三次物种大灭绝,发生在2.5亿年前的二叠纪末期。超过95%的地球生物灭绝。原因:由气候突变、沙漠范围扩大、火山爆发等一系列原因造成。
4)第四次物种大灭绝,发生在2亿年前的三叠纪晚期。有76%的物种,其中主要是海洋生物在这次灭绝中消失。原因:只发现海平面下降之后又上升了,出现了大面积缺氧的海水。
5)第五次物种大灭绝,发生在6500万年前后,白垩纪晚期。侏罗纪以来长期统治地球的恐龙灭绝了。原因:在白垩纪末期发生的一次或多次陨星雨,造成了全球生态系统的崩溃。
地球三次冰河期发生的时间距今分别为5.4亿年、3.1亿年、0.062亿年。这三次冰期的时间间隔为2.3亿年、3.1亿年。
从时间上来看,在第一次、第二次冰川期内,发生2次生物大灭绝。在第二次与第三次冰川期内,发生了3次生物大灭绝,其中最近一次,在白垩纪晚期6000万年前,发生了一次或多次陨星雨,造成了全球生态系统的崩溃。这就是新疆塔克拉玛干沙漠地区受到的巨大陨石撞击。
这样看来,除了白垩纪的生物大灭绝外,在每个冰川期发生了2次生物大灭绝。我们再来看,一、二、四次生物大灭绝原因都是全球气候变冷、海洋退却造成的。这与冰川关联很大。因为冰川期发生时,海水会从赤道地区被搬到南北极地区,造成海洋退却。同时,在间冰期地球自转速度加快,全球气温升高,易发生火山爆发、天气酷热、沙漠化严重等现象。
或许,我们可以重新推理、还原一下五次生物大灭绝这段历史事件:
1)第一次生物大灭绝。距今5.4亿年前的寒武纪,寒武纪生命大爆发;说明,地球气温回升,几亿年来的冰川融化,海面上升;当大量的冰川融化,涌入大海,汇集到赤道地区,使得地球自转速度开始降低,气温下降,到了寒武纪末期,寒冷的冰川再次来到,导致了第一次生物大灭绝,85%的物种灭绝。这应该是冰川周期中的过程2、3、4的冰川融化期(上一次的冰川融化)。
过了1.3亿年,距今4.16亿年 泥盆纪 鱼类繁荣;两栖动物出现;昆虫出现;裸子植物出现;石松和木贼出现;泥盆纪中期,地球400天/年,即每天22小时左右。
或许,这应该是寒武纪末期冰川期的过程6、7冰川形成期。此时地球自转速度最快,气温最高,可达76摄氏度。当气温最高时,应该会造成生物大灭绝。现在没有证据表明,在两次冰川期之间,存在一次较大的生物大灭绝。或许,由于高温,将所有的证据付之一炬吧。
距今3.592亿年 石炭纪 昆虫繁荣;爬行动物出现;煤炭森林出现。
这应该是寒武纪末期冰川期冰川期的过程10。随后,进入下一个冰河期-石炭至二叠纪冰河期。
2)第二次生物大灭绝。到了3.6亿年前,导致地球再次进入石炭至二叠纪冰河期过程的2、3、4、5、6、7,从第一次冰川的冰川融化期到第二次的冰川形成期。冰川开始增厚,海洋退却。盘古大陆形成 。冰川对海洋生物也带来了灭顶之灾,这就是第二次生物大灭绝。地球上95%生物灭绝,从3.6亿年持续到2.6亿年,持续了1亿年左右,
3)第三次生物大灭绝。距今2.6亿年时,石炭至二叠纪。已是石炭至二叠纪冰川期形成期末期,冰川最厚,地球的自转速度达到最大,气温也达到了最高值。此时,气候突变,气温大增,达到76摄氏度。距今2.5亿年前的二叠纪末期。超过95%的地球生物灭绝,这是第三次生物大灭绝。原因:由气候突变、沙漠范围扩大、火山爆发等一系列原因造成。
4)第四次生物大灭绝。再经过5000万年,距今2亿年前的三叠纪晚期。海平面下降之后又上升了,这说明这是石炭至二叠纪冰河期的冰川融化期。海水从南北极再次回到海洋,海面回升。但是,此时,出现了大面积缺氧的海水,有76%的物种,其中主要是海洋生物在这次灭绝中消失。
我们来分析一下为何“出现了大面积缺氧的海水”。
海水中的氧气主要来自大气中氧气在水中的溶解。如果出现了大面积缺氧的海水,说明大气层中氧气含量很低。大气层中的氧气主要来自植物的光合作用,这说明在这之前,大量植物灭绝。
我们来看第三次生物大灭绝,距今2.5亿年前的二叠纪末期,由气候突变、沙漠范围扩大、火山爆发等一系列原因,超过95%的地球生物灭绝。这是间冰期的生物大灭绝,主要是高温酷热消灭了大部分植物。或许这就是5000万年后,大气层中氧气含量低的原因吧。
4)第五次生物大灭绝。在第三次冰河期---第四纪冰河期内,在白垩纪晚期6000万年前,发生了一次或多次陨星雨,造成了全球生态系统的崩溃。这就是新疆塔克拉玛干沙漠地区受到的巨大陨石撞击。
可见,以周期性的冰川期来解释生物大灭绝,还是能够自圆其说的。或许,地球历史上的生物大灭绝,就是地球自转速度周期性波动的必然结果吧。

楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-03-05 19:34:03 +0800 CST  
11.2.9.4探讨:目前人类走向星辰大海的方法的可能性
上文我们分析道,在冰河期地球平均气温或许可能在45度—12度范围波动。较高的温度,是大部分人无法忍受的。如果2亿年后,人类还没有好的方法应对这种局面,那么,走向星辰大海,开辟新的家园就成为一种选择。
我们走向星辰大海,应该一步步的进行吧。那么,我们先来看看太阳系八大行星,看看其中是否有适合人类居住的地方。
11.2.9.4.1百度:太阳系八大行星
1)水星。水星最接近太阳,太阳系中最小最轻的行星,常和太阳同时出没,中国古代称它为“辰星”。轨道半长径:5791万千米(0.38 天文单位),公转周期:87.70 天,自转方向:自西向东逆时针旋转,行星半径:2440 千米(赤道),质量(地球质量=1):0.0553,密度:5.43 克/立方厘米,自转周期:58.653485 日, 距太阳 57,910,000 千米 (0.38 天文单位)。
水星上的温差是整个太阳系中最大的,温度变化的范围为90开到700开,相比之下,金星的温度略高些,但更为稳定。
2)金星。金星是全天中除太阳外最亮的星,犹如一颗耀眼的钻石,于是古希腊人称它为阿佛洛狄忒--爱与美的女神,而罗马人则称它为维纳斯--爱神。自转方向:自东向西,公转周期:224.701天,平均轨道速度:35.03 千米/每秒,轨道偏心率:0.007,轨道倾角:3.4 度
行星半径:6,051.9千米(赤道),直 径:12105千米,质量(地球质量=1):0.8150,密度:5.24 克/立方厘米。公转半径:108,208,930 km(0.72 天文单位),自转时间:243.02天,逃逸速度:10.4 千米/秒。
金星在史前就已被人所知晓,除了太阳与月亮外,它是最亮的一颗,大气及表面,金星的大气压力为90个标准大气压(相当于地球海洋深1千米处的压力)。大气大多由二氧化碳组成,也有几层由硫酸组成的厚数千米的云层,这些云层挡住了我们对金星表面的观察,使得它看来非常模糊,这稠密的大气也产生了温室效应,使金星表面温度上升400度,超过了740开(足以使铅条熔化)。金星表面自然比水星表面热,虽然金星比水星离太阳要远两倍,云层顶端有强风,大约每小时350千米,但表面风速却很慢,每小时几千米不到。

3)地球。地球是距太阳第三颗,也是第五大行星。
轨道半径: 149,600,000 千米 (离太阳1.00 天文单位),赤道半径: 6,378.1 千米,平均轨道速度: 29.79千米/每秒,质量: 5.9736e24 千克,逃逸速度(公里/秒) : 11.2
自转周期(日) : 0.9973,公转周期(日): 365.2422。

4)火星。火星为距太阳第四近,也是太阳系中第七大行星;中国古代称“荧惑星”。轨道半径:22794万 千米 (1.52 天文单位),公转周期:686.98 日,平均轨道速度:24.13 千米/每秒,行星半径:3398 千米(赤道),质量(地球质量=1):0.1074,密度:3.94 克/立方厘米,自转周期:1.026 日,自转方向:自西向东。
大气与两极。火星的那层薄薄的大气,主要是由余留下的二氧化碳(95.3%)加上氮气(2.7%)、氩气(1.6%)和微量的氧气(0.15%)和水汽(0.03%)组成的。火星表面的平均大气压强仅为大约7毫巴(比地球上的1%还小),但它随着高度的变化而变化,火星的两极永久地被固态二氧化碳(干冰)覆盖着。这个冰罩的结构是层叠式的,它是由冰层与变化着的二氧化碳层轮流叠加而成。在北部的夏天,二氧化碳完全升华,留下剩余的冰水层,由于南部的二氧化碳从没有完全消失过,所以我们无法知道在南部的冰层下是否也存在着冰水层。
这种现象的原因还不知道,但或许是由于火星赤道面与其运行轨道之间的夹角的长期变化引起气候的变化造成的。或许在火星表面下较深处也有水存在,这种因季节变化而产生的两极覆盖层的变化使火星的气压改变了25%左右(由海盗号测量出)。


5)木星。木星是离太阳第五颗行星,而且是最大的一颗,是所有其他的7颗行星的总和质量的2.5倍,是地球的318倍,体积为地球的1316倍,被称为“行星之王”。
公转轨道: 距太阳 778,330,000 千米 (5.20 天文单位),自转方向:自西向东,行星半径: 71,492 千米 (赤道) ,地球的11倍,质量: 1.900e27 千克,表面重力加速度: 23.12 米每二次方秒,逃逸速度: 60.2 千米/秒,表面温度: 表面有效温度值为-168℃ (地球观测值为-139℃)。
木星是天空中第四亮的物体(次于太阳月球和金星;有时候火星更亮一些)。早在史前木星就已被人类所知晓。木星由90%的氢和10%的氦,(原子数之比75/25%的质量比),及微量的甲烷、水、氨水和“石头”组成。这与形成整个太阳系的原始的太阳系星云的组成十分相似
土星有一个类似的组成,但天王星与海王星的组成中,氢和氦的量就少一些了。气态行星没有实体表面,它们的气态物质密度只是由深度的变大而不断加大,(我们从它们表面相当于1个大气压处开始算它们的半径和直径),我们所看到的通常是大气中云层的顶端,压强比1个大气压略高。内核上则是大部分的行星物质集结地,以液态金属氢的形式存在。这些木星上最普通的形式基础可能只在40亿巴压强下才存在,木星内部就是这种环境(土星也是)。
在木星内部的温度压强下,氢气是液态的,而非气态。这使它成为了木星磁场的电子指挥者与根源,同样在这一层也可能含有一些氦和微量的“冰”。
最外层主要由普通的氢气与氦气分子组成,它们在内部是液体,而在较外部则气体化了。我们所能看到的就是这深邃的一层的较高处,水、二氧化碳、甲烷及其他一些简单气体分子在此处也有一点儿。

6)土星。土星是离太阳第六远的行星,也是八大行星中第二大的行星,中国古代称为“镇星”,是太阳系密度最小的行星,可以浮在水上。
公转轨道: 距太阳 1,429,400,000 千米 (9.54 天文单位),自转方向:自西向东,行星半径: 60,268 千米 (赤道),质量: 5.68e26 千克。
与木星一样,土星是由大约75%的氢气和25%的氦气以及少量的水,甲烷、氨气和一些类似岩石的物质组成,这些组成类似形成太阳系时,太阳星云物质的组成。
土星的内部是剧热的(在核心可达12000开尔文),并且土星向宇宙发出的能量比它从太阳获得的能量还要大。大多数的额外能量与木星一样是由Kelvin-Helmholtz原理产生的,但这可能还不足以解释土星的发光本领。一些其他的作用可能也在进行,可能是由于土星内部深层处氦的“冲洗”造成的。


7)天王星。天王星是太阳系中离太阳第七远行星。从直径来看,是太阳系中第三大行星,天王星的体积比海王星大,质量却比其小。
公转轨道: 距太阳2,870,990,000 千米 (19.218 天文单位),自转方向:自东向西,行星半径: 25,559 千米(赤道),质量: 8.683e25 千克。
大多数的行星总是围绕着几乎与黄道面垂直的轴线自转,可天王星的轴线却几乎平行于黄道面。在旅行者2号探测的那段时间里,天王星的南极几乎是接受太阳直射的,这一奇特的事实表明天王星两极地区所得到来自太阳的能量比其赤道地区所得到的要高。然而天王星的赤道地区仍比两极地区热,这其中的原因还不为人知。而且它不是以大于90度的转轴角进行正向转动,就是以倾角小于90度进行逆向转动。
天王星基本上是由岩石和各种各样的冰组成的,它仅含有15%的氢和一些氦(与大都由氢组成的木星和土星相比是较少的)。天王星和海王星在许多方面与木星和土星在去掉巨大液态金属氢外壳后的内核很相象,虽然天王星的内核不像木星和土星那样是由岩石组成的,但它们的物质分布却几乎是相同的。
天王星的大气层含有大约83%的氢,15%的氦和2%的甲烷。

8)海王星。海王星是环绕太阳运行的第八颗行星,也是太阳系中第四大天体(直径上),海王星在直径上小于天王星,但质量比它大。
公转轨道: 距太阳 4,504,000,000 千米 (30.06 天文单位),自转方向:自西向东,行星半径: 24,788 千米(赤道),质量: 1.0247e26 千克。
海王星的组成成份与天王星的很相似:各种各样的“冰”和含有15%的氢和少量氦的岩石,海王星相似于天王星但不同于土星和木星。它或许有明显的内部地质分层,但在组成成份上有着或多或少的一致性,但海王星很有可能拥有一个岩石质的小型地核(质量与地球相仿),它的大气多半由氢气和氦气组成,还有少量的甲烷。
在旅行者2号造访海王星的期间,行星上最明显的特征就属位于南半球的大黑斑(The Great Dark Spot)了。黑斑的大小大约是木星上的大红斑的一半(直径的大小与地球相似),海王星上的疾风以300米每秒(700英里每小时)的速度把大黑斑向西吹动,旅行者2号还在南半球发现一个较小的黑斑极。以大约16小时环绕行星一周的速度飞驶的不规则的小团白色烟雾,得知是“The Scooter”,它或许是一团从大气层低处上升的羽状物,但它真正的本质还是一个谜。然而,1994年哈博望远镜对海王星的观察显示出大黑斑竟然消失了!它或许就这么消散了,或许暂时被大气层的其他部分所掩盖,几个月后哈博望远镜在海王星的北半球发现了一个新的黑斑,这表明海王星的大气层变化频繁,这也许是因为云的顶部和底部温度差异的细微变化所引起的。
海王星的蓝色是大气中甲烷吸收了日光中的红光造成的,作为典型的气体行星,海王星上呼啸着按带状分布的大风暴或旋风,海王星上的风暴是太阳系中最快的,时速达到2000千米。
楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-03-06 19:44:18 +0800 CST  
11.2.9.4.2分析适合人类居住的地外星球
1)水星。水星上的温差是整个太阳系中最大的,温度变化的范围为90开到700开。显然,这不单不适合人类居住,而且不适合大部分生物生存。
2)金星。自转时间:243.02天。大气压力为90个标准大气压,相当于地球海洋深1千米处的压力。大气大多由二氧化碳组成,也有几层由硫酸组成的厚数千米的云层。金星表面温度超过了740开(足以使铅条熔化)。显然,金星也不适宜人类居住。
3)地球。略
4)火星。自转周期:1.026 日。火星表面的平均大气压强仅为大约7毫巴(比地球上的1%还小),但它随着高度的变化而变化。火星的那层薄薄的大气,主要是由余留下的二氧化碳(95.3%)加上氮气(2.7%)、氩气(1.6%)和微量的氧气(0.15%)和水汽(0.03%)组成的。火星的两极永久地被固态二氧化碳(干冰)覆盖着。这个冰罩的结构是层叠式的,它是由冰层与变化着的二氧化碳层轮流叠加而成。在北部的夏天,二氧化碳完全升华,留下剩余的冰水层,由于南部的二氧化碳从没有完全消失过,所以我们无法知道在南部的冰层下是否也存在着冰水层。火星大气层太薄,也不适宜人类居住。
5)木星。木星由90%的氢和10%的氦,(原子数之比75/25%的质量比),及微量的甲烷、水、氨水和“石头”组成。木星是一个气态星,没有人类立足之地。
6)土星。与木星一样,土星是由大约75%的氢气和25%的氦气以及少量的水,甲烷、氨气和一些类似岩石的物质组成,这些组成类似形成太阳系时,太阳星云物质的组成。显然,土星也不适宜人类居住。
7)天王星。天王星基本上是由岩石和各种各样的冰组成的,它仅含有15%的氢和一些氦(与大都由氢组成的木星和土星相比是较少的)。天王星的大气层含有大约83%的氢,15%的氦和2%的甲烷。天王星的大气层组成是一个不稳定的组成,氢、氦、甲烷等或许会被大量消耗从而造成大气稀薄。这个星球也不适宜人类居住。
8)海王星。海王星很有可能拥有一个岩石质的小型地核(质量与地球相仿),它的大气多半由氢气和氦气组成,还有少量的甲烷。海王星的大气层也是一个不稳定的组成,所以,海王星也不适宜人类居住。

11.2.9.4.3探讨:改造外星球的方法
经过分析对比,我们发现太阳系内,没有一个适宜人类居住的地外星球。如果我们不得不向系外迁移,那就必须在迁移前对它们进行一番改造。通过上文的分析,我们可以得出这样的结论,要想适宜人类居住,该星球必须具备如下条件:
1)大量的水。大量的水保证了星球表面温度基本恒定。没有水的星球,其表面温度会达到很高的程度;并且大量的水还有可能形成冰川,使得该星球具有较长的周期性的气候变化;
2)一定总量的空气,且在空气中,不活泼的氮气要占绝对高的比例。只有空气总量相对保持稳定,星球整体气温的变化才不会剧烈变动,才适宜生存和发展。同时,大量的氧气也是生物呼吸作用需要的。
3)适宜的自转速度。在大气总量一定的情况下,自转过快则气温太高;自转太慢则气温过低。从地球的历史来看,自然形成的地球,其自转速度过快,气温则很高,应该不适宜生物的生存、发展、繁衍。后来随着大量陨石不断的撞击地球,改变了地球的自转速度,现在的地球气温变化幅度才变得较小,气温波动变小。但是,将来的某一段时间,气温会升高到一定的程度(具体数值还需进一步测算),这是我们面对的首要解决的问题。
很难想象一个系外行星,它形成后,其自转速度就正符合我们的需求。但是,要改变一个行星的自转速度,所需要的能量将是无法想象的。这是我们无法达到的高度。
由此可见,要达到这三个条件,困难重重,希望非常渺茫。我们目前只有收回探索星辰大海的目光,专心经营地球了,首先的问题应该就是如何应对冰川期难以应付的高温气候。

楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-03-06 19:44:39 +0800 CST  

楼主:半卷素书看天下

字数:1038503

发表时间:2013-11-01 04:19:00 +0800 CST

更新时间:2019-06-09 14:33:12 +0800 CST

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