第五篇地球未解之謎02
地球之水哪裏來
在太陽係裏，地球是顆得天獨厚的天體，它離太陽不近也不遠；溫度不太高也不太低；有稠密的大氣層和豐富的水資源。據計算，地球上的水的總量達到145000億億千克。它廣布於地球的各個角落。江河湖海是它們的故鄉；地下、大氣、岩石和礦物中有它們的蹤影；甚至在所有生物體中，水幾乎占有它們組成物質的三分之二。
水使地球生機盎然，水使地球生命能繁衍生息，水帶來了人類文明世界進步。當人們放眼宇宙時，才發現地球與其他行星比較起來，是那麽特殊，地球是唯一擁有液態水的行星。那麽地球之水是從哪裏來的呢?
很多人這麽認為，地球之水與生俱來。
太陽係形成假說——星雲說認為，地球和太陽係的各大行星，均起源於一個原始星雲——太陽星雲。太陽星雲起先是非常疏散的。在萬有引力的作用下，大的物質吸引小的物質，最後在中間形成了太陽，周圍形成行星。在行星演化的漫長過程中，由於受到中心天體——太陽熱力和引力的影響，氣物質、冰物質和土物質的分配是不均勻的。它因距太陽遠近不同而不同。地球離開太陽較近，所以它主要由土物質組成，也有少量的冰物質和氣物質參與。其中參與組成的冰物質就成了地球上水的來源。
科學家認為，地球之水除與生俱來的外，還通過自身的演化而不斷地釋放。例如在火山活動區和火山噴發時，都有大量的氣體噴出，其中水蒸氣占75％以上。還有，地下深處的岩漿中，也含有水分，而且深度越大，含水越多。除此以外，和地球同宗同祖的隕石，裏麵也含有0．5％～5％的細微水分。由此可以證明，在由土物質組成的地球中有著一定數量的水。
然而，隨著人們對火山研究的深入，有人發現，火山活動時釋放的水，並不是新生的水，而是滲入地下的雨水。科學家是通過測定這些水的同位素以後才認識到這一點的。因此這種有根有據的說法無疑對“地球之水與生俱來”的假說是一種挑戰。
為了尋求地球之水的淵源，有人把眼光投向了宇宙。他們說，地球之水的主要來源是在地球形成之後，從宇宙中添加進來的。
1961年，有一位叫托維利的科學家提出了一個令人耳目一新的假說。他說，地球上的水是太陽風的傑作。
太陽風顧名思義就是由太陽刮起的風。當然這種風不是流動的空氣，而是一種微粒流或叫作帶電質子流。太陽風的平均速度達每秒450千米，比地球上的風速高萬倍以上呢!當太陽風向近地空間吹來時，絕大部分帶電粒子流被地磁層阻擋在外，少量闖進來的高能粒子馬上被地球磁場捕獲，並囚禁在高空的特定區域內。
托維利認為，太陽風為地球作出了有益的貢獻，那就是為地球送來了水。這話該怎樣理解呢?
托維利經過計算指出，從地球形成到今天，地球已從太陽風中吸收的氫總量達1．70×1023克。若把這些氫和地球上的氧結合，就可產生1．53×10＼＋＜24＞克的水。這個數字與現在地球上水體的總量145000億億千克十分接近。更重要的是，地球水中的氫和氘含量之比為6700：1，這與太陽表麵的氫氘比也十分接近。因此，他認為地球之水是太陽風的傑作。
但是，反對這種意見的人提出了質疑：水雖有可能來自太空，卻也在不斷地向太空散逸。這是因為大氣中的水蒸氣分子會在陽光的紫外線作用下發生分解，變成氫原子和氧原子。
氫原子由於很輕，極容易擺脫地球的束縛，飛向星際空間。據計算，它的逃逸數量與進入地球的數量大致相等。因此，他們認為，如果地球之水光靠太空供給，而自身沒有來源的話，地球不可能維持現有的水量。
地球上每天都在接納天外來客——隕石。這些來自太空的不速之客大部分是石隕石和鐵隕石，但也有一些是冰隕石。加入地球“家庭”的冰隕石究竟有多少?它們對地球之水的貢獻如何?人們從未注意過，也許認為它們的數量微乎其微，無足輕重。
不久前，美國依阿華大學的科學家弗蘭克提出一個論點。
原來，弗蘭克在研究人造衛星發回的圖像時，對1981～1986年以來的數千張地球大氣紫外輻射圖產生了興趣。他發現，在圓盤形的地球圖像上總有一些小黑斑。每個小黑斑大約存在2～3分鍾。這些小黑斑是什麽?經過多次分析，否定了其他一些可能之後，他認為這些黑斑是由一些看不見的由冰塊組成的小彗星，撞人地球外層大氣後破裂、融化後變成水蒸氣造成的。
他還估計，每分鍾大約有20顆平均直徑為10米的這種冰球墜入地球。若每顆可融化成水100噸，則每年即可使地球增加10億噸水。地球形成至今已有46億年曆史，這麽算來，地球總共可以從這種冰球上獲得460000億億千克水，是現在地球水體總量的三倍以上。即使扣除了地球曆年散失掉的水分，和在各種地質作用中為礦物和岩石所吸收，以及參與生物體組成的水之外，仍然綽綽有餘。
地球之水來自天外冰球的說法，雖然有一定道理，但也受到了挑戰。一些研究者在對“旅行者2號”航天器拍攝的大量照片研究之後，否定了大量冰球飛人地球的看法。因此，地球之水從哪裏來還沒有定論。
地球磁場之謎
地球是一個天然的大磁體，無論在陸地、海洋，還是天空，都能夠感受到地球磁場的存在。我國古人很早以前就對地磁現象有所認識，中國古代四大發明之一的指南針，就是利用磁針在地球磁場中的指極性製成的。
曆史上，第一個提出地球磁場理論概念的是英國人吉爾伯特。他在1600年提出一種論點，認為地球自身就是一個巨大的磁體，它的兩極和地理兩極相重合。這一理論確立了地球磁場與地球的關係，指出地球磁場的起因不應該在地球之外，而應在地球內部。
1893年，數學家高斯在他的著作《地磁力的絕對強度》中，從地磁成因於地球內部這一假設出發，創立了描繪地球磁場的數學方法，從而使地球磁場的測量和起源研究都可以用數學理論來表示。但這僅僅是一種形式上的理論，並沒有從本質上闡明地球磁場的起源。現在科學家們已基本掌握了地球磁場的分布與變化規律，但是，對於地球磁場的起源問題，學術界卻一直沒有找到一個令人滿意的答案。
目前，關於地球磁場起源的假說歸納起來可分為兩大類，第一類假說是以現有的物理學理論為依據；第二類假說則獨辟蹊徑，認為對於地球這樣一個宇宙物體，存在著不同於現有已知理論的特殊規律。
屬於第一類假說的有旋轉電荷假說。它假定地球上存在著等量的異性電荷，一種分布在地球內部，另一種分布在地球表麵，電荷隨地球旋轉，因而產生了磁場。這一假說能夠很自然地通過電與磁的關係解釋地球磁場的成因。但是，這個假說卻有一個致命缺點，首先它不能解釋地球內外的電荷是如何分離的；其次，地球負載的電荷並不多，由它產生的磁場是很微弱的，根據計算，如果要想得到地球磁場這樣的磁場強度，地球的電荷儲量需要擴大1億倍才行，理論計算和實際情況出入很大。同時，該理論還難以自圓其說的是，地球表麵的觀測者隨著電荷一起旋轉，對於電荷來說，不存在什麽相對運動，沒有電流又何談磁場呢?
以地核為前提條件的地球磁場假說也屬於第一類假說，弗蘭克在這類假說中提出了發電機效應理論。他認為地核中電流的形成，應該是地核金屬物質在磁場中做渦旋運動時，通過感應的方式而產生的。同時，電流自身形式的場就是連續不斷的再生磁場，就像發電機中的情形一樣。弗蘭克所建立的模型說明了怎樣實現地球磁場的再生過程，解釋了地球磁場有一定的數值。但是在應用這種模型的時候，卻很難解釋地核中的這種電路是怎樣通過圓形回路而閉合的。此外，這個模型也沒有考慮到電流對渦旋運動的反作用，而這種反作用是不允許渦旋分布於平行赤道麵的平麵內的。
屬於第一類假說的還有漂移電流假說、熱力效應假說和霍爾效應假說等，但這些假說都不能全麵地解釋地球磁場的奇異特性。
關於地球磁場起源的第二類假說，這其中最具代表性的就是重物旋轉假說。
1947年，布萊克特提出任意一個旋轉體都具有磁矩，它與旋轉體內是否存在電荷無關。這一假說認為，地球和其他天體的磁場都是在旋轉中產生的，也就是說星體自然生磁，就好像電荷轉動能產生磁場一樣。但是，這一假說在試驗和天文觀測兩方麵都遇到了困難。在現有的實驗條件下，還沒有觀察到旋轉物體產生的磁效應。而對天體的觀測結果表明，每個星球的磁場分布狀況都很複雜，尚不能證明星球的旋轉與磁場之間存在著必然的依存關係。
因此，關於地球磁場的起源問題，學術界仍處在探索與爭鳴之中，尚沒有一個具有相當說服力的理論，能對地球磁場的成因做出解釋。
地球重力異常之謎
世界尚有那麽多現代科學無法解釋的現象，包含著不可思議的謎，如美國加州的神秘點。
從舊金山搭車沿公路南下，不到兩小時就抵達一個名叫聖塔克斯的小鎮，神秘點就在離該鎮約5分鍾車程的近郊。
該處附近的樹木都斜向一方生長。有兩塊長50厘米、寬20厘米的石板埋在地麵，間隔約40厘米，乍看沒什麽不尋常的地方，其實兩塊石板就是不可思議的神秘點。
當兩個身高不同的人分別踏上兩塊石板時，就會發生最不可能的事：身材矮的竟然會變得比原來身材高的人高!
兩人之間僅有40厘米的距離，但卻產生了身高的變異，這不禁使人目瞪口呆。但當兩人再踏出一步時，兩人的身高又恢複正常，這真是不可思議的事情。
再嚐試互相交換位置，高的一個又變矮了，這些現象旁觀者最能看清楚，隻有一步之差卻能使身材忽高忽矮。
也許這兩塊石板不是水平的吧，或者某端高了點吧。但如拿出水平測量儀來測量，儀器上卻呈現水平狀態。
就算站在石板上用皮尺量身高，然後換到另一塊石板上照樣量一次，兩邊仍顯示著同樣的高度。如果在這兩點上，人體身高有伸縮，那麽，皮尺也應測出不回的長度，然而兩邊的身高確實相同，是否皮尺也在做同樣的伸縮?
到達神秘中心點，這裏會發生更驚人的事情。繞著該處一幢破爛小屋，在它肮髒的外圍走了一圈進入屋內後，便會發生使人簡直不敢相信自己的眼睛的現象：裏麵有許多向左傾斜站立的人，正彼此指著對方嘻嘻地發笑。
他們原來是早來的遊客。隻因為這個中心點有向一邊傾斜的強烈引力，所以看來每個人都是斜立著。遊客紛紛嚐試做各種姿勢，有些人甚至能筆直地倒立。
這幢破舊的木屋，傾斜地靠在樹幹邊，其傾度像是完全倚靠在這株大樹上似的。走出小木屋前的大片空地，每個人都像要跌倒似的斜立著。冥冥中像有股強烈的吸力把人拉向斜立的姿勢。小屋一堵牆上凸出一塊木板，誰看了都會誤認為是條斜坡道。如果在木板的上方放一個高爾夫球，雖然木板看上去是斜的，球卻停在原處一動也不動。而用勁將球推下，還會發現球滾到半途又像受牽製般地再滾回原處。無論如何推動都是同樣的結果，球最後還是回到木板上方。而且推球時會發現似乎有股阻力使球很難推下去。
更讓人驚訝的是，當進入神秘點的狹窄人口時，發現地下傾斜竟相差30。左右，一進去就有股視力無法看到的強力把身體推向另一方，盡管人死命地握住壁上的柱子仍然免不了被拖至中心的重力點。由於重力的異常，在裏麵呆上10分鍾，人就會產生像暈船一樣的反胃欲嘔的反應。
該處的向導像忍者一樣一步步地爬上牆壁，並沒有依靠任何支撐物便可舉著兩手輕鬆地在牆上走動，並且在半途還能傾斜地站立，麵對遊客微笑。可見牆壁的另一麵有強烈的引力在起著作用。
天花板破爛不堪，從破洞中可看到怪異扭曲的大樹飛向天空。因為磁場不平常，在這神秘點的上空，飛機會因為儀器受到幹擾而脫離航線；鳥兒經過上空時也會因頭昏眼花而掉到地上。
走進隔壁的房間，將發覺一種奇怪的現象，完全不能以科學的觀點來解釋。屋頂的橫梁上垂著一串鐵鏈，下麵懸著很重的墜子，該墜子直徑大約25厘米、厚約5～6厘米，形狀像個圓盤。欲把這個墜子推向一邊，隻要將手指輕輕一觸就能動了，但從反方向推時卻要用盡全力才能將它移動。這可能因為異常的引力向同一方向作用，所以才會發生這種現象。
綜合起其他現象，如身高的伸縮，球會自動向上滾動，斜站在牆壁上等等，這個神秘點可說是個充滿著違反物理定律的怪地方。唯一可以理解的就是這個地帶的重力是異常的，物體不是與其他地方一樣受地心吸力所吸引。
然而，究竟是什麽東西使得這神秘點的重力場與外界截然不同?它又是如何發生作用的?這都是尚待科學解釋的謎。
地震之謎
地震同刮風、下雨一樣，是一種經常發生的現象。據統計，地球上每年能測到500萬次大小的地震。由於許多小於2級的地震(微震)不被人們察覺，而相對來說發生大地震的次數較少，比如每年7級到8級的地震隻有10多次，8級以上隻有一兩次；況且，許多地震發生在荒山野嶺或汪洋大海中，因此每年發生地震的次數雖然很多，可被人們察覺的並不多。
一般地，科學家們把地震原因歸納成以下幾種：
地殼的上層壓力過重，地下的石灰岩洞突然塌陷，會發生地震，這叫陷落地震。這種地震影響小，發生次數也少。
火山噴發時，岩漿衝出地殼，發生爆炸，使大地震動，這叫火山地震。這種地震影響也不大，次數也不多。
影響最大，次數也最多的是構造地震，這種地震是由於地殼運動引起的。地殼在運動過程中，堅硬的岩石有時會改變形狀，引起破裂，這就形成了構造地震。
最近，一些科學家，如德國的克勞斯·沃格爾、美國的馬丁·科古斯等認為，地震是由於地球體積不斷增大引起的。他們解釋說：地球最初的直徑隻有現在的55％—60％。由於地球內部的原因，如溫度的變化、冰層的溶化導致地球體積增加，從而引起地球表麵板塊破碎並互相分離。大量的水充溢於板塊之間形成海洋。地球的這一發展進程，始於2億年前。
地震是什麽原因所致?目前這還是一個謎。
雷電之謎
仲夏時節，每當天空烏雲翻滾、狂風呼嘯之際，一場大雨即在眼前。這時，就會有一道道閃光劃破雲幕，宛如條條金蛇飛躥，緊接著就會傳來一聲聲震耳欲聾的霹靂，這就是自然界中威力無比的雷電。
雷電是空中雲層發生的大氣放電現象。據統計，地球上平均每秒鍾就有上百次電閃雷鳴發生，可見，這是一種發生頻率很高的自然現象。由於雲層放電時，將產生劇烈高溫、強電流及電磁輻射和衝擊波，因而常常造成飛行事故，弓l發地麵火災，破壞通訊設施和輸電係統，給人們生活和社會活動帶來許多災害。
在遙遠的古代，由於人們對自然界缺乏認識，看到雷電引起的森林火災和雷擊事件，往往十分恐懼，以為這是上天的力量，因而編撰了許多神話傳說。在中國古代民間，把雷電視為天神，流傳著“雷公”“電母”懲罰惡人的故事。在古希臘神話中，雷電被譽為萬神之王宙斯手中震懾群神和人類的武器。隻是到了近代，人們才從科學的角度對雷電現象有所認識。1752年7月，美國科學家富蘭克林做了一次震驚世界的試驗，利用風箏捕捉雷電，成功地把雷電從天空中引導下來，從而揭開了雷電現象電本質的秘密。
現在人們已經弄清楚了，雷電形成於一種叫積雨雲的雲層中，這種雲是炎熱季節裏暖空氣和冷空氣發生強烈對流的產物，具有雲體高大、雲冠高聳之特點。當積雨雲雲層界麵所積累的電荷形成的電位差達到1萬伏特時，大氣就會發生電離而被擊穿，產生放電現象。
由於在十萬分之幾秒的極短時間裏，l萬至10萬安培的峰值電流在直徑僅幾厘米的閃電通道內通過，所以閃電通道會迅速增溫至幾萬度，並產生爆炸式膨脹。閃電通道在以30—50個大氣壓向外膨脹的過程中，形成了衝擊波，以5千米／秒的高速度向四周擴散，然後逐漸衰減為聲波，這就是我們所聽到的隆隆雷聲。此時，熾熱的高溫使閃電通道內的空氣完全電離，發出耀眼的光亮，這就是我們看到的閃電。因為光速快於聲速，所以發生雷電時，總是先看到閃電，後聽到雷聲。
但是，時至今日仍使科學家們迷惑不解的是，為什麽翻騰不息呈電中性的雲朵，會突然間變成高壓放電器?是什麽力量使雲層極化出如此大量的異性電荷呢?
關於雷電的成因，學術界流行著幾種假說。一種假說認為，雷電形成於“溫差起電效應”。一般說來，積雨雲內的氣溫可從10℃降到-30℃~40℃，因而雲體內存在著水汽、水滴、冰晶，以及過冷水滴和雪花、冰晶的混合物——霰。當積雨中的冰晶和霰粒發生碰撞摩擦時，會使霰粒表麵局部溫度上升，與冰晶形成溫度差。在溫差起電效應的作用下，冰晶和霰粒分別帶上了正電荷和負電荷。隨著雲中的空氣對流，逐漸形成正負電荷的明顯分區，於是產生了電位差。當電位差達到一定程度時，就會發生大氣放電現象。
這一假說雖然解釋了積雨雲中正負電荷的產生機製，但是並沒有闡明電荷的極化過程，難道說僅僅依靠空氣的對流就能使正負電荷發生分離嗎?理由顯然是不充足的。
還有一種假說認為，降雨也許是驅使正負電荷分開的原因。其觀點是，以大雨滴或冰珠形式傾瀉而下的雨水攜帶著負電荷，這樣，像小塵粒和冰晶帶有正電荷的微粒就會在雲層上端積聚起來，結果產生了足以引起閃電的電場。
為了驗證這一假說，美國一些科學家利用雷達來測試閃電之後降雨速度的變化情況。按道理說，假如雨滴是逆電場力而降落，速度必然受阻，閃電之後，電場強度減弱，降雨速度就應自然加快。然而，試驗的結果是，閃電前後降雨的速度並沒有什麽變化。這就意味著，降雨不是驅使正負電荷分開的原因。
那麽，雷電到底是怎樣形成的呢?對此，科學家們依然是眾說紛紜，莫衷一是。
球形閃電之謎
電閃雷鳴是常見的自然現象，但令科學家們感到驚奇的球形閃電卻是罕見的。球形閃電形如圓球，有時很小，有時卻比足球還大，它的顏色多變，時而呈鮮紅色或淡玫瑰色，時而呈藍色或青色，時而呈刺眼的銀白色，有時竟然是黑色。它的運行速度非常緩慢，有時與人們跑步的速度差不多。它有時發出輕微的呼哨聲、喊喊聲或噝噝聲，人們的眼睛很容易跟蹤觀察它。它行進的方向和風向一致，喜歡跟隨過堂風和自然風飄遊，因而有時會通過開著的門窗或爐子煙囪及各種縫隙鑽進室內。有時它還停止不動，懸掛在人們的頭頂上。當碰到障礙物時，它常會爆炸而發出巨響，也可能無聲無息地消失。
北宋著名科學家沈括在《夢溪筆談》中，記述了一次球形閃電的實況，描述了暴雷運行的過程。球形閃電自天空進入“堂之西室”後，又從窗間簷下而出，雷鳴電閃過後，房屋安然無恙，隻是牆壁窗紙被熏黑了。令人驚奇的是屋內木架子以及架內的器皿雜物(包括易燃的漆器)都未被電火燒毀，相反，鑲嵌在漆器上的銀飾卻被電火熔化，其汁流到地上，鋼質極堅硬的寶刀竟熔化成汁水。令人費解的是，用竹木、皮革製作的刀鞘卻完好_無損。上述奇異現象，令沈括及曆代科學家們無法做出準確解釋，成為曆史上的一個懸案。
弗蘭克．萊思在他的著名作品《大自然在發狂》中記錄了一個事實：在俄羅斯某農莊，兩個小孩子在牛柵的屋簷下避雨時，忽然天空中飄下一個橘紅色的火球，首先在一棵大樹頂上跳來跳去，最後落到地麵，滾向牛棚，像燒紅了的鋼水似的，不斷地冒著火星。兩個小孩嚇得一動不敢動。當火球滾到他們腳前，年紀較小的一個，忍不住用力猛踢了火球一腳，轟隆一聲，奇怪的火球爆炸了，兩個小孩被震倒在地，但沒有受傷，可是牛棚裏的12條牛卻死了11條，幸存的一條並未受傷。
在美國尤尼昂維爾小城，一次狂風暴雨，雷鳴電閃之後，某家庭主婦打開電冰箱一看，十分驚奇地發現裏麵放著烤鴨、熟蛋和煮透的萵苣菜，可是她記得清清楚楚，這些東西放進冰箱時全部都是生的，怎麽會變成熟的了呢?原來這個家庭主婦離家外出時，忘記關上窗戶，一個球形閃電從窗戶飄進屋內，然後鑽入電冰箱裏，刹那間把冰箱變成了電爐，烤熟了冰箱內的食品。有趣的是，電冰箱竟然沒有損壞，還能照常使用。
蘇聯有一架“伊爾-18”飛機，在1200米高空飛行，遇到雷雨，一個直徑為10厘米的球形閃電闖入飛機駕駛艙，一聲巨響後爆炸了。可是幾秒鍾後，它卻令人難以置信地通過了密封的金屬艙壁，在乘客座艙處分裂成兩個光亮的半月形，隨後又合並在一起，最後發出不大的聲音離開了飛機。駕駛員發現機上的雷達和部分儀表失去效能，隻好駕飛機立即著陸。做地麵檢查時，發現在球形閃電進入和離開處——飛機頭部外殼板和尾部各有一個窟窿，但飛機內壁沒有任何損壞，乘客也沒有受到任何傷害。
1955年夏天，蘇聯著名物理學家德米特列耶夫正在奧溫加湖畔度假；8月23日傍晚，下了一場暴雨，德米特列耶夫正站在大樓門前觀賞自然景色。這時空中掠過一道強烈的閃電，一兩分鍾之後，一個淡紅色的火球在離地麵2米半的空中，緩慢地向他站立的方向飄來，黃色、綠色和紫色的火星四濺。當火球接近他時，改為向上浮動，並且在空中一動不動地停留了幾秒鍾，然後飄向遠處森林，在一棵樹枝，上“降落”下來。火球劇烈地發射出火星，很快又熄滅了。當德米特列耶夫清醒過來以後，隻覺得火球經過的地方，空氣中有股少有的清新氣味。職業的本能驅使他立即取來燒瓶，采取空氣樣品，經化驗分析，發現其中含有大量的臭氧和二氧化氮，其含量大大超過正常值，這表明在火球內部很可能發生過某些化學反應。
球形閃電這種奇特的自然現象國內有過記載，但都發生在地勢很高的地方。如泰山、黃山山頂。在地勢低的桂林，竟然也出現了球形閃電，實為罕見。
球形閃電和一般閃電的機理不同。它是怎樣形成的?為什麽會成為火球形態?火球的能量來自何方?為什麽球形閃電的發光時間很長(從幾秒到幾分鍾)?火球的發光原理是什麽?它為什麽能保持球形並且能夠移動?為什麽它有時發出輕微的劈啪聲而最後消失掉，有時卻震耳欲聾地爆炸呢?諸如此類的問題長期以來令世界各國的科學家苦苦探尋，不得其解，各種假說相繼問世。
法國科學家馬季阿薩認為，球形閃電是一些大氣的氮和氧的特殊化合物，它們在普通閃電的周圍形成，並在冷卻時消失。
蘇聯科學家普·切爾文斯基認為，火球是一種帶強電的氣體混合物。球體是不穩定的，可以因為各種原因而發生爆炸，但在某些條件下碰到導電體後可能會因放電而減弱。