了解地球的概況

NO.75 如何計算地球周長？

今天，我們可以利用先進的儀器和人造衛星測得地球的周長。但是，測量一個行星的大小卻不一定非得使用如此高級的設備。兩千年前，埃拉托色尼在他工作的圖書館里完成了地球大小的計算。埃拉托色尼是公元前3世紀的學者，他生活在埃及的亞歷山大城。他在亞歷山大博物館工作，這里有植物園、動物園、天文觀測臺和實驗室。學者們在報告廳里討論學術話題；游覽者則可以在館內的餐廳里盡情地閑聊、進餐。

埃拉托色尼興趣廣泛，他曾經研習過哲學、歷史和自然科學，同時又是一個戲劇評論家。他的同事當中有人認為他是個半瓶醋——什么都知道一點兒，卻對什么都不精通。

偶然的一次機會，埃拉托色尼聽一位旅行家談起西奈（也就是今天的阿斯旺，位于亞歷山大南邊很遠的地方）的奇特的現象：每年的夏至日——6月21日是一年中白晝最長的日子，在西奈城，這一天的正午時分，物體的影子都消失得無影無蹤，太陽徑直地懸在正上方，光線垂直地照向地面。如果想深井里望去，可以在井底找到太陽的倒影。

然而在亞歷山大就沒有這樣的現象。6月21日的正午，埃拉托色尼觀察到博物館圍墻的影子始終沒有消失過。通過這次簡單的觀察，埃拉托色尼想出了計算地球大小的方法。

首先，由于地球距離太陽很遠，所以可以認為太陽光線是同時到達亞歷山大城和西奈城的。如果地球是一個平面，那么在6月21日這天的正午，地球上所有地方的影子都會消失。那么，由旅行家觀察到的現象推理可知地球不是平面，而是曲面。由于亞歷山大城位于西奈城北方約800千米處，所以這里的墻壁與西奈城的墻壁在空間上不是平行的關系，而是有一定夾角的。

埃拉托色尼測量了6月21日正午時刻一座方尖碑的影子長度，又測量了這座方尖碑的高度。此時，如果自碑頂至影子頂端畫一條直線，就得到了一個可以計算的夾角。然后，埃拉托色尼根據簡單的幾何定律推算出方尖碑與光線的夾角略微大于7°。

因為6月21日這天，西奈城的建筑物沒有影子，那么這里的建筑物與陽光的夾角度數為零，也就是沒有夾角，這意味著在地球表面的圓周上，亞歷山大城與西奈城之間的夾角略大于7°。

一個圓周是360°，7°大約是一個圓周的1/50。埃拉托色尼用亞歷山大城與西奈城之間的距離（800千米）乘以50，得到4萬千米，這就是地球的近似周長。現代科學通過精密的測量計算，得到精確的地球近似周長值為3.983萬千米。埃拉托色尼已經用這個事實證明，他確實是一個一流學者，而不是什么半瓶醋。

如今，大地測量學已經發展成為一個完整的學科，旨在測量星球的大小。大地測量學家們使用各種探測工具來測量地球上的各種角度。測量重力可以確定星球的確切形狀。他們還利用太空中各個位置上的衛星來測量角度，一顆衛星和地面上兩個工作站就可以組成一個三角形。

NO.76 地球有多重？

我們所說的重量是指地球作用于某人或某物之上的重力。所以說探究地球的重量有多少基本是沒有意義的，因為只有和其他物體相比較時地球才會有重量。

不過，人們可以通過計算地球作用于一個已知質量的物體上的重力效應，估算出地球的質量（地球所包含的物質的量）。基本上來說，地球的質量不同，對其他物體的影響作用也不同。大多數科學家計算得到的地球質量大約為5.98×1024千克。

在太空時代到來之前，估計地球質量是件相當復雜的事情。1774年，內維爾·馬斯基林第一個計算出了相對準確的地球質量值。他根據一個鐘擺在重力作用下的擺動規律，估算出蘇格蘭境內一座高山的質量并計算出它的重力效應——相對于地球重力。

現在，通過觀察圍繞地球旋轉的人造衛星的運動，人們可以更準確地估算出地球的質量。

NO.77 地球真的像撞球一樣光滑嗎？

就平均而言，回答當然是肯定的。地球的直徑要大于1.2萬千米，而世界最高峰珠穆朗瑪峰高度才不到10千米，大海中最深的海溝也不過大約11千米而已。因此，地球表面最大的起伏也不過地球直徑的千分之一，而且像珠穆朗瑪峰這樣的高峰也是非常稀少的。同比例的起伏放到一個5.7厘米的撞球上不過0.05毫米而已。因此就平均而言，地球表面的絕大部分還算是非常光滑的。

但是，地球的光滑度是一回事，球形度又是另外一回事。地球的兩極較扁，所以地球是個橢圓形而不是球形。地球兩極的直徑與赤道的直徑相差約20千米，所以我想應該不會有人愿意把類似地球這種橢圓形的撞球放到球臺上來打著玩吧。

NO.78 當隕星等天體撞擊地球時或人們向外太空發射宇宙飛船時，地球質量會相應增加或減少嗎？

地球質量的增長比較容易，每年都有大量的小隕星撞擊地球，相比之下，人類向外太空發射衛星引起的質量減少基本可以忽略不計。

大部分人類發射的飛行器最后都像人造隕星那樣返回地面。所有在空間軌道上運行的人造飛行器都還處于地球的引力作用下，停留在地球高空的大氣層范圍以內。即使高空的大氣相當稀薄，所產生的摩擦力仍然足以令飛行器在不斷減速的同時溫度逐漸升高。飛行器的軌道因此越來越低，越來越靠近地球，以至最后如火流星一般墜落。除了那些被發射到月球、其他行星或者更宇宙更深處的宇宙飛船，其他所有的飛行器最終都會返回地面。

NO.79 科學家是如何計算地球年齡的？

地球的歷史全部記載在它的巖石上。在像科羅拉多大峽谷這樣的地方，巖壁已經被流水嚴重侵蝕，甚至可以看到幾百萬年來形成的巖石層。不同時期形成的巖石彼此分明，年老的總是在年輕的巖石層下面。于是，巖石層就成為地質學家研究地殼形成過程的依據。

但知道越深的巖石層越古老并不意味著人類知道這塊巖石到底有多老。19世紀的科學家們試圖通過觀察現代巖石層形成的速度來推算古代巖石的年齡，從而確定地球的年齡。在他們的估算結果中，最短的是300萬年，而最長的則為15億年，是最短年齡的500倍。顯然，在這項工作上，我們需要更科學可靠的方法。

科學家們非常渴望能夠找到一只為地球生命計時的鐘表——這只鐘表從地球誕生的那一刻起就開始工作，直到今天。只要找到這只鐘表，人類就可以輕而易舉地讀出地球的年齡。

事實證明，地球上確實存在這樣的鐘表，就在巖石和樹木里，在海洋深處。地球上的天然時鐘就是放射性元素——一種隨著時間的推移會衰變成其他元素的特殊元素。使用放射性元素測定巖石或化石的形成年代的方法叫做“放射性同位素測年法”。

放射性元素是一部精準的時鐘，因為它的衰變嚴格地依照時間表。以碳元素為例，所有生物都會從空氣和水里同時獲取普通的碳-12和具有放射性的碳-14，碳元素測定就是在此基礎上進行的。實驗假設空氣和水中兩種碳元素含量的比值保持恒定，也就是說幾千年來，動植物吸收的含碳物質中，兩種碳元素的比值始終不變。

生物體內，碳-12的量不會發生變化，而碳-14則會隨著時間的推移發生衰變，每過5730年，碳-14的總量就衰減一半。通過計算生物標本中兩種碳元素的相對含量，科學家們就可以確定該生物標本距今有多少年的歷史。

但是沒有任何一種年代測定法可以保證百分之百可靠，所以地質學家會同時檢測幾種放射性元素，除了碳-14之外，還有鈾元素和釷元素等。對于同一樣本，通常要進行兩種不同的測試，而且往往兩個測試給出的結果相差很遠。

一次，地質學家從巴巴多斯的島嶼上取回了珊瑚礁的樣本，他們同時測量了樣本中碳元素、鈾元素和釷元素的含量。對于“年輕”的樣本（約9000年左右），兩種方法得到的結果是一致的。但是越老的樣本，兩種方法的分歧就越明顯：鈾-釷元素檢測結果是2萬年；而通過檢測碳-14元素，卻得到了1.7萬年的結果。

為什么存在這么大的差異呢？又是那種測試的方法才準確呢？在這個例子中，科學家們認為鈾-釷元素測試結果更為準確，因為利用碳-14元素的測試在以往曾經得到過奇怪的結果。

近年來，大氣中碳-14的含量出現了上升的趨勢，這意味著歷史上也可能有類似情況出現，這也許就是碳-14元素測試結果出現偏差的原因。

利用一棵死樹，我們就可以判斷碳-14測試法是否準確。首先測量碳元素含量，得到一個年齡。然后數年輪（一年一個圈），看看兩個結果是否吻合。

通過測量鈾-238（半衰期為45億年）的衰變，科學家們發現地球上有些石頭的年齡高達38億歲。那么在此之前我們的行星又存在了多久呢？科學家們又利用宇航員從月球上帶回的巖石標本進行了研究，顯示這些標本的歷史都在46億年左右，這個結果也跟墜落在地球上的隕石標本的測試結果相同。這一切都說明，我們的太陽系，包括地球和月亮在內，形成于46億年前。

NO.80 地心非常熱嗎？

如果我們可以像切水果一樣把地球一分為二，我們就可以看見地球的內部是分圈層的。地殼是地球的最外層，類似水果的外皮。地殼的厚度約為24～48千米，庭院里、公園里的地面是地殼的最外層。如果從地面的土壤開始向下挖，最終會碰到巖石圈。陸地上，地殼的主要成分是花崗巖。在像美國科羅拉多大峽谷這樣的地方，流水的沖刷已經把一部分地殼侵蝕掉，這里的花崗巖已經暴露在外了。而在海洋下面，地殼就薄了很多，從海底開始，地殼層向下延伸約4.8千米，主要成分是另一種巖石——玄武巖。

在地殼下面是深厚的地幔圈，它的厚度約為2880千米。目前科學家也并不十分了解藏在地下深處的地幔層，只知道地幔的最外層可能主要是由一種叫做橄欖巖的巖石組成的。科學家認為，地幔中至少有一部分是柔軟的，因為在靠近地心一側與地幔層相接的是液體熔巖。

最后，地幔下面是地球的中心，也就是地核。從地核最外層到地球最中心大約有3200千米的厚度。看起來，這里由于遠離太陽這個熱源，似乎應該比南、北極地區更加寒冷。可是事實剛好相反，地心附近溫度極高，約為2200攝氏度～3300攝氏度，如此高的溫度使地核的外層呈現液態，主要是熔融狀態的金屬。想象一個倉庫，里面裝滿了熔化了的平底煎鍋，這就與地心處的景象差不多了：混合了氧和硫的液態金屬四處流淌。隨著地球的自轉，這個地下海洋也形成了自己的洋流。

地核的密度非常大。因為星球的大部分重量都壓在地核上，所以這里的物質被緊緊地擠壓在一起。科學家們認為，巨大的壓力使地球的內核成為一個固態鐵核（也含有少量氧和硫）。即使溫度很高，但是巨大的壓強使所有的鐵分子都緊緊地壓在一起，宏觀上維持著固體的狀態。地球中央的固態金屬球大約是月球體積的3/4，被包裹在液態金屬的海洋中，成為星球中的星球。

地球深處的熱量是哪來的呢？大部分熱量是46億年前地球形成時產生的——體積較小的物體撞在一起形成地球就會放出熱量。但有些地質學家卻認為大部分熱量來自于地球深處的天然的放射能。

地球內部的放射性元素會釋放粒子，比如電子，這些粒子與巖石層中的原子碰撞，將部分能量傳遞給巖石中的原子，巖石的溫度就升高了。地球形成初期，這些放射性元素使地球內部的巖石變得非常熱，而巖石很容易保存熱量（可以想想夏天太陽下的石頭又多燙），所以這些熱量就被保留在地球內部了。幾百年之后，地球內部的高溫已經足以熔化巖石中的金屬物質。后來，重金屬又從較輕的金屬中分離出來，沉入地心，形成了地核。

NO.81 大陸真的在漂移嗎，地球上的大陸曾經是一整塊嗎？

趁我們還能看到海濱的時候，多去玩玩吧。據有的科學家預言，3億年之后，大西洋將不復存在。美國東海岸將與5000千米外的海岸接合，成為第二個中東地區。

大陸板塊看似固定不動，實則不停地在漂移。大約每5億年，就會發生一次板塊碰撞，同時海岸線擠壓形成山脈。如果板塊碰撞接連發生，各大板塊就會最終合成一塊超級大陸，四周環繞著一片汪洋。到時候，你可以開著車從美國底特律去往法國巴黎，再開往中國北京。

對各大板塊大團聚的展望是基于板塊構造理論的。我們所謂的地殼其實是一塊塊大陸板塊拼湊起來的，而大陸板塊就漂浮在一層極熱含半液化巖石的幔層上，就像木筏漂浮在水面上。

大陸——北美洲大陸、南美洲大陸、非洲大陸、歐亞大陸、澳洲大陸和南極洲大陸——就位于大陸板塊之上，與其形成一體。所以當大陸板塊漂移時，我們腳下的陸地也隨之漂移。你可能會問：漂移了多少呢？僅僅1年，北美洲板塊和歐亞大陸板塊間的距離就會增大1.9厘米。相應的，大西洋面也會拓寬1.9厘米。

科學家認為，大陸漂移也是一種循環往復的過程。各大板塊先彼此分開，約5億年之后又重新合在一起。

拿起地球儀，你會發現各大陸板塊就像是拼圖塊，這就不難讓人想到這些小塊可以拼成一整塊。例如，南美洲的東北部海岸是向外突出的形狀，而非洲的西海岸則是向內凹陷的，二者剛好可以拼在一起。

把各個板塊拼起來，就可以得到一塊超級大陸了。距今最近的一塊超級大陸被稱為“泛古陸”，它在1.8億年前發生了瓦解。人們認為泛古陸被覆蓋了整個星球的廣闊海域環繞，這片海域就是今天的太平洋的前身。

在泛古陸之前，歷史上或許還出現過好幾個超級大陸。科學家們認為，每塊超級大陸在發生分裂之前大約都會維持8000萬年。

他們還認為，可能引起大陸塊分裂的原因有兩點，一是來自地球內部的熱量；二是地球的自轉。

超級大陸的存在會阻礙地球深層的熱量向外界擴散。可以想象把一本書放在電熱毯上，過一會兒，書覆蓋著的區域就會明顯比周圍區域的溫度高。隨著溫度的升高，超級大陸板塊的某些位置上會受熱膨脹，隨后裂開。

與此同時，由于某一邊明顯向外突出，超級大陸在隨著地球自轉的同時，承受著強大的應力。隨后，在1.8億年前，在這個強大應力和熱斷裂的共同作用下，超級大陸最終分解成了幾個小塊。

但是幾百萬年之后，大西洋洋底將會沉降，洋面將會逐漸縮小。各大陸板塊會重新會聚在一起，變成名符其實的一個世界，持續至少8000萬年。

NO.82 世界上第一個與最后一個變更日期的國家是哪個？

提到日期，就下能不提到國際日期變更線，這一條假想的線由北極經過白令海峽，沿著東經180度線穿過太平洋。全球的日期便以國際日期變更線為界來切換。

全世界第一個變更日期的國家，就是國際日期變更線西邊第一個國家——太平洋上的湯加王國。而最后一個變更日期的國家，就是在國際日期變更線東邊第一個國家，也就是湯加王國東北方的西薩摩亞。當湯加王國在1月1日零時迎接新的一年時，北京還是31日的晚上8點，而西薩摩亞才剛剛進入12月31日呢！

NO.83 南極和北極哪個更冷？

南極要相對更冷一些。

南極的平均氣溫只有約-48.9攝氏度，比北極的平均氣溫要低1.7攝氏度。南極洲有記載的最低氣溫是于1983年7月21日在沃斯托克冰湖測得的，當時的氣溫只有-89.4攝氏度。

南極氣溫較低的原因至少有兩個，其一是因為觀測站建在海拔3600多米的高原上，在如此的海拔高度上空氣稀薄，很難留住太陽輻射的熱量。太陽一落山，大部分的熱量很快就輻射掉了。

同時，與四周被大片的浮冰所環繞著的北極不同，南極被廣袤的南極雪原所包圍著，因此南極大地根本無法留住太陽的輻射能。大部分（大約80%）的太陽輻射都被南極永久存在的雪被給反射回去了。

NO.84 月球是如何引起潮汐現象的？

宇宙里的大部分空間是空曠的，但也到處都有四處游移的物質球體，如行星、衛星和恒星。它們穿梭于太空中，時時變換隊形，就像上演著一場集體舞。在太空舞會進行的過程中，各個星球彼此之間都存在牽引力，使一個星球朝向另一個星球的平面凸起。這個牽引力就是萬有引力。

地球在萬有引力的作用下，海平面有規律的漲落，這就是潮汐現象。海平面每13小時出現一次漲潮的最高點，叫做“高潮”；當海平面降至最低點的時候就叫做“低潮”。所以你每天都可以看到的潮漲潮落其實就是地球在深邃的夜空中旋轉過程中產生的局部效應。

太陽、月球和太陽系中的所有其他行星對地球上的陸地和海洋都有牽拉的作用，但只有太陽和月球的作用是比較明顯的。雖然太陽離地球很遠（1.5億千米），但太陽的質量也很大，所以它作用在地球上的萬有引力相對較明顯。月亮的質量雖小（約為地球的1/81），但它卻是地球真正的近鄰（距離地球約為38萬千米），所以它對地球的作用也是相對顯著的。

雖然太陽的引力大些，卻不如月亮的作用效果明顯。引起潮漲潮落的力來自于月亮，不僅因為月亮距離地球比較近，而且月亮作用在地球上的引力在各處變化比較明顯——大小取決于該處距月亮的距離。剛好朝向月亮的海域由于比其他海域距離月亮更近，所以受到的引力比較大。可事實上，朝向月亮和背對月亮的海域會同時出現漲潮，這又是為什么呢？你以這樣想：在朝向月亮的一面，海水被月亮拉向遠離地球的一側，而在背對月亮的那面，則是地球被拉向遠離潮水的一側，這也會產生漲潮的現象。在月亮繞地旋轉的過程中，地球本身也在不停地自轉，高潮和低潮交替出現。

與月亮相比，太陽距離地球太遠了，它的引力無法引起地球上不同海域上海平面的顯著變化。但是當太陽、月亮和地球排成一線，也就是出現滿月或新月時，海平面就會特別高或特別低，叫做“朔望大潮”。朔望大潮每年只出現一次。

我們知道，液體能夠自由流淌。月亮的引力不足以豎直地提起海水，但當月亮圍繞地球旋轉時，在某些位置上月亮剛好處于海浪的前方，這就加速了海浪的運動，使海水在月亮正對著的海域積聚。這個過程并不需要很強的力。

聚集的海水一般會使海平面升高一到兩米。當海浪沖向岸邊時，海岸再次提升了海浪的高度。在某些海域，海浪可以高出海平面十幾米。而在另一些海域，由于部分海水移向了漲潮的地方，這些海域就出現了低潮。

NO.85 極光是怎么形成的？

極光是一種在夜晚的天空中出現彩光的現象。典型的極光是一條藍綠色的光幕，還會摻雜著紅色或粉色的斑點。這些彩色光幕通常有160千米寬，1600千米長，像火焰一樣在夜空中舞動。極光是行星特有的燈光表演。

雖然極光出現在地球上，但它卻是由太陽引起的。太陽是一個由氫原子和氦原子組成的發光氣體球。

由超熱氣體形成的圍繞太陽的暈圈（稱為冕）持續膨脹進入宇宙空間，朝四面八方輻射原子，這就是太陽風現象。質子和電子以每秒1000千米的速度被輻射出去，與此同時，太陽耀斑又將大量的新粒子送到太陽風中。

當太陽風輻射出的粒子接近地球時，就受到地球磁場的影響。地球就像一個巨大的磁鐵，磁力線沿經線方向切入地球周圍的空間，匯聚于南北兩極。地心是一個巨大的鐵核，那么地球自轉就會產生電流，進而形成磁場。

地球磁場會吸引太陽輻射來的帶電粒子，使它們沿著磁場線行進，最終在地球的磁極匯聚。地球磁極就在地理南北極附近，但二者并不完全重合。

由于帶電粒子沿磁力線運動，它們在地球南北極處大量進入大氣層，就引發了有趣的極光現象。

大氣層的主要成分是氮氣和氧氣，當太陽輻射出的質子和電子進入大氣層，并與大氣層中的氮氣和氧氣原子發生碰撞時，有些氣體原子會失去電子，有些原子則會受到激發獲得能量。

當這些原子又重新回到原始狀態時，會伴隨著光子的釋放。失去電子的氮氣會釋放紫光和藍光，受激發的氮氣會發出深紅色的光，而受激發的氧氣則會發出綠光和紅光。太陽輻射出的帶電粒子就是這樣使空氣放出彩光的，這也就是極光。出現在北極的極光稱為北極光，出現在南極的極光自然就稱作南極光了。

北極地區幾乎每夜都能看到極光，在斯堪的納維亞半島北部和北美洲極光每年出現20～200次，即使是在倫敦、巴黎和西雅圖這樣的低緯度地區每年也會出現5～10次極光，甚至連墨西哥也出現過這種神奇的現象。

NO.86 什么是臭氧層，破壞臭氧層會導致什么后果？

我們頭上20～48千米處，是環繞著地球的臭氧層。空氣里的大部分氧分子（O2）由兩個氧原子組成，而每個臭氧分子（O3）內包含3個氧原子。

陽光對于臭氧的形成起到了重要的作用。陽光里的紫外線在穿過大氣層的過程中使普通的氧分子分解。自由的氧氣單原子與鄰近的氧分子（O2）結合，就形成了臭氧分子（O3）。

臭氧層的臭氧濃度極低，如果將延伸30千米的臭氧分子集中到一起壓縮為固體層的話，厚度僅為3毫米。

在地面附近也會存在臭氧。陽光會與汽車尾氣或工廠排出的煙中的化學物質發生反應生成臭氧。地面附近的臭氧含量會在悶熱的煙霧天里達到警戒水平。吸進臭氧分子對身體是有害的，因為臭氧分子會對肺部形成傷害。練習長跑的人如果過多地吸入含有臭氧分子的污染的空氣，會感到肺部疼痛，呼吸困難。生長在公路兩側的樹木和其他植物往往會因為臭氧污染而生長緩慢。

但是我們頭上幾十千米處的臭氧層不但不會對我們的健康構成威脅，相反還保衛了我們人類的健康。臭氧會吸收來自宇宙中的紫外線：紫外線會使我們的皮膚顏色變深；如果接受了過多的紫外線照射，我們的皮膚會被灼傷，甚至患上皮膚癌。

從20世紀70年代起，科學家們一直關注臭氧層的變化。他們發現含氯氟烴（CFCs）會破壞臭氧層，而含氯氟烴被廣泛地應用于冰箱、空調和氣溶膠罐中。每次使用發膠、摩絲、空氣清新劑時，或者當冰箱和空調被送去維修或報廢時，都會有含氯氟烴氣體泄漏進入空氣。

科學家認為，含氯氟烴氣體在空氣中會慢慢地向上飄，最終進入臭氧層。在太陽輻射的作用下，含氯氟烴會放出氯氣。氯氣會分解臭氧分子，生成普通的氧氣分子（O2）。如果這個反應不停地進行下去，臭氧層終究有一天會從地球上永遠消失！

在1985年的時候，一位英國科學家公布了一個重大的發現：南極洲的上空出現了一個巨大的臭氧層空洞。這個臭氧層空洞的面積相當于整個美國的大小，每年春天都會出現。當季節改變，風向發生變化時，周圍的臭氧分子會被吹過來填補這個臭氧層空洞，但與此同時周圍地區的臭氧水平就會顯著下降。1992年冬天，歐洲和加拿大部分地區上空的臭氧含量下降了20個百分點。

研究人員在南極洲的上空還同時發現了大量氯的一氧化物，這是一種在氯氣分解臭氧反應過程中釋放出的化學物質。由此可見，日常生活里廣泛應用的含氯氟烴的確是一大隱患。

據估計，臭氧含量每下降1個百分點，到達地面的紫外線就會上升2個百分點，同時皮膚癌的發病率會上升3～6個百分點。紫外線對人體的免疫系統也會造成傷害，使人們更容易患上瘧疾一類的疾病。此外，紫外線還會破壞植物細胞——從樹木到莊稼。

科學家們還擔心臭氧層變薄會導致全球范圍內的氣候變化，而此后的一系列結果將不堪設想。臭氧層有保溫作用，而隨著臭氧層逐漸變薄，臭氧層附近的空氣溫度下降，會導致全球風模式的變化，從而導致氣候變化。隨之而來的可能是長期干旱、莊稼歉收、糧食短缺，甚至大饑荒。

據科學家計算，即使全世界人民都行動起來，采取一切可行的措施阻止破壞臭氧層的活動，使臭氧水平恢復到從前的水平也需要一百多年的努力。

NO.87 既然氧氣對于生命如此重要，為什么大氣中只有五分之一是氧氣？

地球上的大氣是由很多種氣體共同組成的混合物，含量最高的是氮氣——大約占空氣總量的77%；其次是氧氣，占21%；其余的2%主要由痕量氣體組成，包括氬氣、二氧化碳、氦氣、氖氣、氪氣、氙氣、一氧化二氮和一氧化碳等。此外，空氣里還含有不定含量的水蒸氣。

人類離不開氧氣，因為氧氣維持了機體的運轉。早產的嬰兒通常會被放入氧氣含量比較高的育嬰箱，因為他們的肺還沒有發育完全，呼吸功能不完善。育嬰箱里的氧氣含量通常是30%～40%，這比空氣中21%含量要高出很多。對于出現嚴重呼吸障礙的嬰兒，為防止腦供氧不足，有時還需要為他們戴上氧氣罩，讓他們呼吸100%的氧氣。

但是氧氣過多同樣對人體有害。育嬰箱里氧氣含量過高會使嬰兒血液中氧含量升高，而過高的血氧含量會損傷嬰兒眼球里的血管，從而導致視力下降或喪失。

這說明了氧氣的兩面性。一方面，人類依靠氧氣才能生存；另一方面，氧氣也會成為危害生命和健康的毒藥。

當空氣中的氧氣與其他元素（像氫、碳）混合在一起時，通常會發生化學反應，叫做氧化反應。在氧化反應中，通常一些構成生命的最基本的有機分子會被分解。

NO.88 如何知道古代的火山在什么時候曾經爆發過？

有好幾種方法可用來估測火山爆發的年代。在對古人定居地的遺址進行考古發掘的過程中，如果該遺址的歷史年代已知，那么根據遺址上火山灰覆蓋的程度便可推斷出古代火山爆發的年代。如果是在靠近地球南北兩極的地區發生史前的火山爆發，那么會有部分的火山灰隨著兩極的冰雪而凝結，在冰層中形成一層火山灰層。之后，只要對這些冰層內的溶解氧進行氧同位素測定，就能得出冰層凝結的年代，史前火山爆發的年代也就能因此而知曉了。

當然，最常用的測年方法還是對火山爆發地點附近被燒焦的樹木和植被進行的碳-14測年法。碳-14測年法是依靠測定碳-14（一種碳的同位素）的放射性衰減率進行斷代測年的。使用該方法可以對從距今200年前到距今4萬年前這段時間內火山爆發的年代進行測定。

生物在活著的時候要呼吸二氧化碳，因而會不斷地從大氣中吸取碳，但當生物死亡之后，這種碳的交換就停止了。在應用碳-14測年法時，人們假設大氣中二氧化碳的含量保持不變，且放射性碳-14以恒定的比率衰減，即半衰期大約為5700年左右。

樹木在火山爆發中被燒焦，所形成的木炭幾乎是由純碳構成的，所以用碳-14測年法來追蹤其中極其微量的碳-14的含量可說是再理想不過的了。這時候數樹木的年輪方法并不能奏效，因為你很難在噴發區域附近找到一棵沒有被燒焦的活樹，而距噴發點更遠處堆積的火山灰和樹木很可能早就被時間的洪流沖刷殆盡了。

通常，用碳-14測年法測定出來的結果誤差范圍在100年左右，當然有時候也可以非常精確地推斷出確切的年代。比如，人們斷定亞利桑那州的日落火山就曾經在公元1066年噴發過。通過碳-14測年法，科學家們測定火山大致的噴發年份為公元1065年左右，是在印第安人中口頭流傳的歷史幫助人們最終將火山爆發的年份鎖定在了公元1066年。此外，在一些陶器上同時出現的日食和火山爆發的圖案也讓人們進一步確認了這個年份的準確性。

NO.89 科學家們如何測量珠穆朗瑪峰這類高山的高度？

最簡單的測繪方法是在已知某個高度或距離的情況下，構筑三角形從而計算出目標山峰的高度。偵察兵在測量樹木高度時也正是采用的這個方法。目前，在衛星的輔助下，該測繪方法仍然被人們廣泛使用。

在實際應用三角測量法時，先要建立一條已知長度的基準線。要測量出任意兩點之間的距離，需要以這兩點為頂點構筑一個三角形。基準線兩端的測繪人員便能夠根據基準線測量計算出該三角形的三個角和另外兩條邊的長度。在對大塊面積進行測繪時，測繪人員會根據基準線構筑一系列的三角形，任意三角形與相鄰的三角形至少共用一條鄰邊。

西方人將珠穆朗瑪峰叫做埃弗勒斯峰，其實是就以喬治·埃弗勒斯的名字命名的。在他的主導下，人們利用上述測繪方法進行了19世紀的印度地理大測繪。

1987年，為了確定珠穆朗瑪峰的真實高度，一支意大利探險隊采用全球定位系統衛星傳回的信號，在喜馬拉雅山脈上4個地面站進行了多次觀測。在收到從衛星傳回的編碼信號的同時，地面接收器記錄下接收到衛星信號的準確時間，并計算出信號從傳送到接收所經過的時間。將該時間乘以光速，所得結果就是地面站和衛星之間的實際距離。人們由此得到地面站的經度和緯度值，并通過進一步計算求出地面站的實際海拔高度。以這些通過細致測量得到的距離為基準線，意大利人按照常規的三角測量法測量出珠穆朗瑪峰峰頂的高度。測量的結果是：珠穆朗瑪峰當前海拔高度是8872米。

2005年5月22日，中國登山隊重登珠峰，并再次精確測量出其高度，為8844.43米。當然現在的珠穆朗瑪峰可能要略微更高一些。喜馬拉雅山脈是由于印度洋板塊和亞歐板塊碰撞隆起而形成的，目前兩大板塊仍在以每年1.27厘米的速度相對運動。

NO.90 為什么古代建筑物會沉到地表以下如此之深的地方？

盡管考古學家們也在努力地進行發掘，但卻未必能發掘出已經沉降到地下的古代城邦遺址。古代城邦遺址通常會被新的建筑物或是自然界中沙石、各種殘骸堆積覆蓋。當然也有例外，比如阿茲特克人將神廟建在墨西哥城的一個湖床上，由于地基的緣故，神廟最終沉入了地下。其實，現代建筑如果建在那種地基上也會和古代的神廟一樣沉入地下。反觀瑪雅文明，建在堅硬的巖床上的瑪雅古建筑便能長久屹立。

像位于伊拉克南部的烏爾遺址是建在高出地平面21米多、面積數百公頃的大土墩上面的。其他一些殘存的古文明遺址也是如此。后繼的文明在古代城邦的遺址上面繼續建造房屋等建筑，之后隨著城市被廢棄，各種建筑也逐漸被風沙和動植物殘骸所掩埋。

形成中東古文明遺址的另一個原因是由于泥磚在建筑中的大量應用。泥磚建造的房屋相當的經久耐用，只需偶爾進行少許維護工作并注意防止雨水沖蝕便可。但是一旦泥磚建筑遭到廢棄，人們往往還會同時抽走其中寶貴的支撐木料，于是天長日久之后，泥磚房屋最終會化為一黃土，堆積成恒久的土山，化作人們口中的歷史傳說。

也可能會有新的文明在古文明的城邦遺址上再度建立起來，于是幾個先后產生的文明遺址被相繼疊加起來，整個遺址群看上去像一塊巨大的千層糕一般。

NO.91 地球上的水從何而來？

對于地球上水的來源，主要有兩派不同的觀點：有的人認為水從一開始就存在了；有的人認為水是地球形成稍后因彗星撞擊而得來的。

許多年以前，人們傾向于認為地表上的水是最初就積存在地球內部的，隨著地球45億年來的演化，地下積存的水逐漸冒出地面，在地表匯集起來。可能從全球的物質在重力作用下而聚合在一起的時候起，水就已經在地球上存在了。這番理論至今依然被廣為傳播，而且在火山爆發時，地球內部的水確實也會以水蒸氣的形式冒出來。

但在最近的幾十年中，人們開始思考彗星或是類似彗星的天體撞擊地球表面，給地球帶來水的可能性。隨著這一理論的推演，人們認為這些天體可能絕大部分由水組成，因而當它們撞擊地球的時候除了剩下大量的水，幾乎沒有留下任何地質學上的痕跡。

月球上最大、最重要的一些隕坑都已經有大約40億年的歷史了，其中的90%左右和整個太陽系的年齡相仿。許多人對此的解釋是在太陽系形成的早期曾有大量的外來天體撞擊月球。轟擊月面的這些隕星當中可能就有一部分類似彗星的天體，人們認為這些外星物質可能就是地球上水的重要來源。基于這樣的理論，火山噴發攜帶出來的水蒸氣可能就是先前由于地球板塊構造而滲入地下的水，現在不過是在恰當的時機重返地面而已。

NO.92 為什么海水是咸的？

河流會將陸地上被風化侵蝕的巖石碎末帶入海洋，而這些巖石的碎末含有鹽分。事實上，河流中的淡水里也有一定量的溶解礦物質，其中大部分是食鹽——氯化鈉，分子式為NaCl。

鹽分一旦進入海水之中，往往會就此沉積并慢慢積累。氯化鈉在水中的溶解度很高，而且世界上浩瀚的幾大海洋都是彼此連接的，因而鹽溶液并不會飽和，氯化鈉也不會因過飽和而沉淀下來。

在上個世紀初，人們認為可以通過比較世界上所有河流相對海洋的鹽度來計算出地球的年齡。理論家們就此計算得到地球的年齡在3億歲左右。而事實上，地球已經大約45億歲了。

產生誤差的原因相當簡單：海洋中含鹽的飛沫會被濺到空中，隨后被蒸發、風干，接著被風吹上陸地，進而重新循環回到河流中，所以造成河流中的鹽含量太高而不能用于進行計算。如果減去這部分再循環的鹽分的量，由此計算得到的結果將會更接近地球實際年齡。海洋中鹽分含量確實存在著地區性的差異。比如，由于雨量更大且靠近大的河流的入海口，熱帶海洋中含鹽量就要低一些。海水的平均鹽濃度為3.5%，其中大約3/4的成分為氯化鈉。

NO.93 “海平面”是什么，地球上所有山峰的高度都是從同一個起點開始算的嗎？

海平面，其實應該稱做名義海平面，是在考慮到長達19年以來海洋各處潮汐高度變化因素（由遍布各地的檢潮儀組成的測量網絡測量匯總得到）而計算出的海面高度平均值。

科學家們早就意識到傳統潮汐測量技術存在誤差，而衛星測量技術具有更高的精度。從衛星高空俯拍到的結果來看，即使是相對平靜的海面上也有持續變化的波峰和波谷。盡管如此，傳統潮汐測量技術所得的結果依然作為測量其他包括山峰在內所有事物海拔高度時所采用的基準。據此得到的世界最高峰珠穆朗瑪峰的海拔高度為8839米。

不過，另外有一種測量方法是測量山脈頂峰和地心之間的距離。根據該測量原理得到厄瓜多爾境內的欽博拉索山的海拔高度竟然要比珠穆朗瑪峰還高出整整3200多米。造成這一結果的原因是地球是個兩極稍扁、赤道（欽博拉索山就在赤道附近）突出的扁球體。如果以地心作為基準，那么赤道附近的“海平面”高度要比極地附近的海平面高22.53千米。

NO.94 海洋上猛烈的暴風雨是否會對海底巖床造成破壞？

當大浪打到海岸礁石上然后碎裂成無數浪花時，的確會對礁石造成破壞，但是在幾千米深的海底，海浪并不會對海底巖床產生影響。

有一個公式可以用來大致估算海浪是否會對海底巖床造成損害：如果海浪的波長（兩個波峰間的距離）小于該處的海洋深度的1/4，那么波浪就不會對海底造成影響。換句話說，如果海浪的波長是300米（一個相當大的風浪），那么如果海水深度小于75米的話，海浪將會對海底巖床產生影響。如果在水深大于75米處有一艘潛水艇，那么這艘潛水艇就能順利避開海面擾動所帶來的不利影響。

NO.95 為什么地球上幾大海洋相互連通卻沒有一個統一的海平面，連通太平洋和大西洋的巴拿馬運河中為什么需要裝設水閘？

科學家們將地球看作一個整體，從而計算出平均海平面高度，但該值僅僅是通過對整個地球進行一系列的觀察后得出的一個數學平均值。事實上，不僅不存在全球唯一的“海平面”高度值，而且世界各大洋各自的海平面高度還會因為某些因素而不斷發生改變。

就拿巴拿馬運河來說，運河兩端的大西洋和太平洋的洋面就不在同一水平高度上。兩大洋雖然經由南美洲大陸底部相互連通，但是由于地球自轉的原因，各處的海平面高度也不相同。從理論上講確實可能開鑿出一條“海平面”運河，運河里的水能自主地處于大洋間平均水平面高度上，但這一想法卻因為開鑿一條如此深度的運河花費太過巨大而被否決了。人們最終采用在運河上建造許多水閘的施工方案作為替代。此外，月球引力（引起地球潮汐現象的原因）對海水的作用也隨著各地與月球相對距離的不同而變化。這也是引起海平面高度不同的原因之一。

海水的流動需要一定時間，而現實情況是海水流動速度的變化往往不及以上幾個影響因素變化來得快，因此才會造成海平面高低不同的情況。甚至在某座大島嶼的兩側，也會出現海平面高低不同的情況，比如在加拿大的溫哥華島周圍就是如此。

此外，科學家們認為通過河流入海的總水量對海平面高度也有一定的影響。比如有好幾條大的河流流入大西洋，但流入太平洋的大河就要少很多。

NO.96 為什么海水會每天漲落兩次？

我們都知道，月球對地球上海水的引力作用是引起潮汐現象的主要原因，但事實上潮汐現象是兩個因素交替作用的結果，因而海水會每天上漲兩次。

一方面，月球繞著地球公轉。事實上，地球和月球是在圍繞著同一個質量中心旋轉，這個質量中心就是地球的地心，也就是地月系統的引力中心點。月球繞著地心的旋轉周期大致為一個月左右。在地球正對月球的一面，引力略大，于是這一面的海水在月球引力的作用下海面向月球劇烈地突起。

另一方面，即背向月球的一面上，地球繞著引力中心轉動產生的離心力要略大于引力，于是海水被推向遠離月球的方向，在海平面形成另一個突起。

同時，地球也在繞著自己的旋轉軸自轉，當地球上某地因為自轉先后經過這兩個海面的突起處時，該地便形成漲潮，每天兩次。當地球轉過這兩處突起以后，海水回落，自然而然就形成了落潮。

NO.97 如果極地冰帽完全融化，海平面將會升高，會有多少陸地因此被淹沒？

科學家曾對這種情況下海平面的上升高度做過估算，但是要確切地知道被淹沒的陸地面積則必須對全球海岸進行極為復雜的調查。能掌握這些數據的恐怕也只有軍方了。

如果南極東部冰蓋融化的話，全球海平面將會上升60米，而南極西部冰蓋融化的話，全球海平面將會上升6米。

雖然一般認為格陵蘭島的冰蓋要比南極的穩定，但是一旦格陵蘭島上的冰蓋融化的話還是會對全球海平面高度產生一定的影響。比較正式的估計結果是格陵蘭島完全融化后，海平面上升范圍在7.1米～7.4米之間。

綜上所述，南極和格陵蘭的冰蓋融化后，海平面總的上升高度大致為74.4米左右。

北極冰層融化的話不會對海平面高度產生什么太大的影響，因為北極冰蓋本身就是由海水結冰而形成，是一塊只有一小部分冰層浮出水面的巨大冰塊。人們所關心的其實是冰層融化后隨之而來的海水淡化問題，極地冰層是陸地上的淡水，如果冰層融化，大量涌入的淡水將對現有的海水造成一定的沖擊。

對冰層融化后被淹沒的陸地面積的估算，即便是隨意猜測，也要基于全球永遠變動的海岸線（假設坡度為千分之一）可能會被新的海平面淹沒的狀況來進行。

同時，科學家還要考慮當南極大陸所負載的冰蓋重量消去后隨之而來的地殼反彈現象。冰蓋巨大的壓力使得南極大陸處于海平面以下，如果消去冰蓋的重量，地幔就會相應的向上抬升。今天斯堪的納維亞半島之所以仍在不斷地上升，便是由于大約1萬年以前半島上所負載的冰層被消除的緣故。

NO.98 如果海水能灌進火山口里面去，冰冷的海水會把噴涌的海底火山撲滅嗎？

不會。事實上海底火山的確存在，叫做平頂海山或是海底山。火山噴出的熔巖在海底巖床上四處流淌，最終被海水冷卻，形成枕狀熔巖。

在近海面處，當海水遇到熔巖時會形成爆炸性的水蒸氣；而在距離海面2000多米的深處，巨大的壓力避免了這一情況的產生。

比如位于冰島附近的瑟爾塞島邊上的火山噴發時，每3分鐘就會發生一次大約2萬～4萬噸TNT當量的爆炸。

在1973年，當火山噴發威脅到同樣位于冰島附近的赫馬島的海港的安全時，人們考慮嘗試進行類似用海水淹沒海底火山噴發的努力。人們試著用管道將海水澆到流動中的熔巖前端，使其在適當的地方被冷卻凝結。當部分熔巖已經溢流侵入島上海港時，人們甚至一度考慮用炸藥將熔巖流上相對較冷部分的外殼炸開，讓海水冷卻內部尚且紅熱的熔巖，以阻止熔巖流繼續向前推進。

然而，專家們經過計算后認為，如果海水在這種情況下與紅熱的熔巖相遇，爆炸的水蒸氣會將使更多熔巖流的外殼被撕裂，于是將會有更多的海水從中涌入熔巖當中，從而引發鏈式反應。

專家們擔心這樣的鏈式反應會傳遍水下整個熔巖流，所引發的爆炸幾乎相當于引爆一顆幾百萬噸當量的氫彈，這無疑會給整座島嶼帶來巨大的災難，而且爆炸產生的巨浪還會對北大西洋沿岸所有的港口造成嚴重的威脅。

這一提案理所當然地遭到了否決。最終，熔巖流被平息下來，島上的海港也因此得以保全。