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第3章 破译神奇的科学发现(3)

地质学家们根据魏格纳的板块构造学说,认为太平洋板块和南美板块之间应该有一条断裂带,他们为了证实猜想,制造了一个名叫“阿尔文号”的深潜器,来到了赤道附近的加拉帕戈斯群岛,当他们下潜到2500米深的海底时,被眼前的景象惊呆了:数十个高约2~5米的柱状物正向海水中喷着黑色的烟雾,阿尔文号仿佛穿梭在一片“海底工厂”之中。更让他们惊讶的是这些黑烟囱周围还生活着大量奇形怪状的生物,它们生存的密度很高,俨然是一个庞大而有序的生物群落。之后陆续有深潜器来到神秘的海底,“米尔号”就是其中的一个,它四处忙碌地寻找着黑烟囱。下潜了近10个小时后,“米尔号”胜利返航,它带回了不少科研材料,在一块叫松脂石的岩石样本上,科学家找到了一些蠕虫之类的小生物。自从发现了深海热液口之后,引来了无数科学家对海底世界的探索。

1969年,一次对尼斯湖水底的探测,为海底世界研究提供了许多珍贵资料。尼斯湖位于英国苏格兰高原北部的大峡谷中,湖长39千米,宽2.4千米。面积并不大。该湖终年不冻,两岸陡峭,树林茂密。湖北端有河流与北海相通。位于横贯苏格兰高地的大峡谷断层北端,是英国内陆最大的淡水湖。尼斯湖的湖水水温非常低,很不适合游泳,湖水充满了泥煤,使得能见度只有十几米而已,而且水很深。根据探测结果,科学家们宣称,海底探测器到达了水深2690米处,并且以声呐测得的最深深度为3198米。

在夏季,距离尼斯湖水面328米内的水温可达摄氏12度,但是328米以下的水温却仍然保持在摄氏5.5度。所以,一般的鱼类和水生动物都是生存在靠近水面的地方。直到20世纪80年代,大家都相信在湖底并没有任何生物存在。但是在1981年的尼斯湖计划却在水深超过2296米的地方,发现了北极嘉鱼(Charr)的踪影,可能还有其他未知的生物生存在此。

一艘由数千名富翁赞助的无人潜水探测器——蒙塔那号,为我们打开了一扇通往海洋深处的窗户。蒙塔那号在1998年安装了一台高清晰度摄像机,这使得科学家们能够对深海的情况进行更为细致的观察。本次探测的主要对象是水下600~900米的水域,即缺氧水层。尽管氧气极其缺乏,但并不是我们想象的那样死气沉沉。这里生存着很多不可思议的生物,其中一种生物让科学家们非常兴奋,这就是一百多年前从深海打捞上来的具有怪异外表,来自深渊的吸血鬼乌贼。令人惊奇的是,它们适应深海的环境,并生存了几千万年,虽然外表没有任何的改变,但是它的生理构造却在缺氧的情况下发生了巨大变化。一种特殊的色素让它的血液中可以贮藏比其他乌贼多5倍的氧气,并且它还有一个高超的本领使它能在深海中生存。而谁为海底的生物提供生存的条件呢?

自然界是一个以光合作用为主体的生态系统,也就是说食物链的最根部是植物,它们靠光合作用从太阳那里吸收能量,然后把无机物,二氧化碳和水合成最初的碳水化合物,来供养万物。而且不仅是陆地上依靠光合作用,海洋里面也是一样,充满二氧化碳的浮萍使海藻不断向上生长,当他们到达海洋表层时,得到了光合作用所需的阳光,这时它们的生长便会更为迅速。在浅海中,由于有丰富的营养物质和充足的阳光照射,海藻也生长繁茂,这些浅海植物最终会变成海洋雪下沉到海底,成为深海生物的养料,这也正是深海生命的基础。

如今对于极端环境下生命体的研究,已经成为一个重要的学术领域,很多科学家为寻找一些特别的生命体走遍世界各地,随着各种奇特生物不断地被发现,认识,这个领域将会有更飞速的发展。

恐龙灭绝之谜

在中生代,地球曾经是一个恐龙主宰的世界,无论是平原森林还是沼泽,到处都可以看到恐龙的身影。它是所有爬行动物中体格最大的一类,很适宜生活在沼泽地带和浅水湖里,那时的空气温暖而潮湿,食物也很容易找到。它们在地球上共生存了1亿3千多万年,可是,不知为什么,后来恐龙竟然灭绝了,永远地从地球上消失了。到底是什么原因使它们消失的呢?

原因1气候变冷

在白垩纪末期6500万年前,整个地球发生了广泛性寒冷,日温差增大,冷热季节交替明显。使习惯热带环境生活的恐龙,不能像蛇,蜥蜴那样进行冬眠,又不像毛皮动物那样躲进山洞里避寒。恐龙是热血动物,没有御寒的外表和生理机能,因而无法抵抗和适应寒冷的袭击,最后被大自然毫不留情地消灭了。

原因2物种斗争

恐龙年代末期,一种生物的活动,往往直接或间接地危害到另一种生物的生存,因而出现直接或间接的竞争,这种竞争为“种间竞争”。最初的小型哺乳类动物出现了,这些动物属啮齿类食肉动物,可能以恐龙蛋为食。由于这种小型动物缺乏天敌,越来越多,最终吃光了恐龙蛋。还有一种可能,同种类生物为了生存,互相攻击,吞噬,形成“种内竞争”。如霸王龙,是恐龙家族中的恶霸,它的头就有1.5米长,血盆大口长有利剑般的牙齿,能随意地吞噬其他草食性恐龙。

原因3地壳运动的结果

大约在7千万年前,地球发生了一次强烈的地壳运动,使一些盆地隆起,浅丘开始出现,因而造成水枯林竭;同时海底变化,海平面下降300多米,亚洲,北美洲之间的陆地开始连接起来,大量动物迁移到恐龙栖息处,使食物供应发生困难,以至恐龙处于“断粮”地步,在严重的饥饿中逐渐死亡。

原因4星球碰撞爆炸

在白垩纪后期,有一颗直径约10千米的小行星,猛烈地与地球相撞。

撞击时速度为每小时约10万千米,撞击时扬起了惊人的尘土,尘埃漂浮在大气中,以至遮蔽了阳光,使地球上持续一段时间内一片黑暗,气温骤降,植物的光合作用停止,植物枯萎,使“食物链”中断,恐龙纷纷死去。

原因5酸雨说

白垩纪末期可能下过强烈的酸雨,使土壤中包括锶在内的微量元素被溶解,恐龙通过饮水和食物直接或间接地摄入锶,出现急性或慢性中毒,最后一批批死掉了。

原因6植物中毒

恐龙生活在中生代,植物界的蕨类,苏铁,银杏,松,柏等裸子植物占统治地位,在这些植物中含有许多单宁酸,这些对恐龙并无损伤。但是,在一亿二千万年以前,最早的有花植物出现了,这些有花植物组织内常常含有作用强烈的生物碱,对恐龙的生理产生不利的影响,有的生物碱——如马钱子碱等具有很大的毒性,恐龙大量吞吃了生物碱,毒素反应引起其严重的生理失调,导致死亡。

关于恐龙灭绝的原因,远不止上述这几种。但是以上几种假说,在科学界都有较多的支持者。当然,上面每一种说法也都有不完善的地方。因此,恐龙灭绝这个生物进化史上的奥秘,还有待更多的人去探究。

漂移之谜

19世纪末至20世纪初,科学家提出了大陆漂移理论,现在这一理论已经广为人们所认同,因为它能解释很多地学现象。

大陆漂移说认为地球表面是由几块会移动的板块所覆盖,此理论对地球科学界的发展产生了莫大的影响。在任加拿大多伦多市安大略科学中心所长的约翰·兹卓·威尔森博士对于大陆漂移说有很大的贡献,他曾在科学杂志——《科学美国人》中,发表大陆漂移学说的论文,他由1960年古地磁学发现支持大陆漂移学说的资料,后又根据拜恩及马修斯的海底扩张论文,其内容是由海底扩张来说明大西洋中的地磁异常现象。

目前主张大陆漂移说的学者都是根据地质上的研究,提出了以下证据,说明大陆曾经是漂移过的。

吻合的大陆边缘

1965年,英国的布拉德(Edward Bullard)等人利用电脑计算,以大陆斜坡的中心(约500寻或900米的深度)为基准,把大西洋东西两侧的陆地接合起来,可以拼凑的非常吻合,同时两边陆地上的岩性和构造也是非常吻合。也就是说,地质构造和其他的一些地质现象在大西洋一边的海岸突然中止,而在其另一边的海岸又能出现。最重要的一点是大西洋两侧陆地的地质相同情形只有发生在白垩纪以前的地层中,因此推测大陆漂移是在侏罗纪时候发生的。

冰川作用的证据

约在三亿年以前古生代的后期,南半球有分布极广的冰川作用,曾在南美洲,非洲,澳洲和南极洲发现。由冰川沉积物所指示的冰川流动方向,可以证明是由当时拼合起来的南半球大陆内陆为中心,向四方流动的,这些地方除南极洲外目前都接近赤道,不是寒冷的气候。同时在北半球的陆地上,同一地质时代的地层中没有发现冰川作用,再根据植物化石可以证明该时是热带气候。这种事实很难用大陆固定的说法来解释,却可以证明当初大陆的位置和现在一定不同,以后必有漂移作用发生。

古气候学的证据

在北半球有很多地区,拥有广大的古生代晚期造成的煤田,表示当时这些地区都是植物丰盛的热带沼泽地区,后来由于大陆漂移而移到目前的地理位置。南极洲上发现大量的煤矿,证明现在冰天雪地的南极洲以前的地理位置定是湿润的植物繁殖区。这些地质现象的存在,都可以指示过去的气候带应该和现在的地理位置不配合,而大陆是曾经移动过的。

古生物学的证据

世界上很多生物分布在同一时代的不同大陆之上,大陆间有海洋阻隔,但是这些生物都无法飞越或游过其间广大海洋的。一种石炭二叠纪的羊齿植物,现在在南美洲,南非洲,澳洲和南极洲各地。因为这类植物的成熟种子很大,无法由风越洋吹送,所以可以证明这些南半球的陆地原来是相连的。另外有一种大爬虫,完全是陆上的生物,无法游泳渡海,但是这种爬行类曾在南非洲和南极洲的三叠纪地层中被发现,也在中国,印度,俄罗斯等地发现,这可以证明各大洲原来是相连在一起的大陆,以后因漂移而分散。

宇宙的形成

宇宙的最初源头是一个点,即所谓的“宇宙蛋”,它凝聚了所有的时空质能,孕育着未来物质世界的一切,包括天体和生命。大约140亿年以前,宇宙所有的物质都高度密集在一点,有着极高的温度,因而发生了巨大的爆炸。大爆炸以后,物质开始向外大膨胀,就形成了今天我们看到的宇宙。

刚刚诞生的宇宙,空间从无到有,并急剧猛增,仅仅10–32秒后,就暴胀到大约1光年的直径。在1秒钟时,由于大爆炸产生的极强高能辐射均匀地充满整个空间,宇宙成为100亿度高温的熔炉,所有物质被熬成一锅基本粒子汤。紧接着,一场肆虐的原始宇宙风暴开始了,基本粒子之间发生猛烈撞击,中子熔入质子形成了氦核。这个过程延续了大约3分钟,直至所有的中子消耗殆尽为止。有约22%质量的物质聚合成氦核,余下的物质几乎为没有聚合的质子,即氢核,仅有十万分之几属于同位素氦3和氘,百亿分之几归之于锂。宇宙间的物质主要是质子,电子,光子和一些比较轻的原子核。当温度降到几千度时,辐射减退,宇宙间主要是气态物质,气体逐渐凝聚成气云,原始星云形成。

在宇宙大爆炸的最初3分钟,构建原始宇宙的原生物质(主要是约78%的氢和22%的氦)的产生过程完成。此后,宇宙由于膨胀面的冷却,如此大规模的核合成过程再也不可能发生了,而小规模的核合成也只有等到恒星产生以后。初生宇宙的空间充斥着极强壮的高能辐射,炽热惊人。

随着时间的一点点流逝,30万年过去了,宇宙的温度降到了4千摄氏度,宇宙的均匀状态并没有发生改变。1000万年过去了,宇宙中高能辐射冷却变成微波背景辐射,氢核和拟核形成了各自的原子,原子间的引力也终于战胜扩散压力和辐射压,在它的作用下渐渐形成了一个个物质密度较大的地区,并继续向中心收缩。原始星云就这样形成了。在宇宙诞生1000万年以后,由氢,氦两种元素构成的巨大原始星云弥漫太空,虽然非常稀薄,却表明宇宙物质不再处于均匀分布的状态,星系即将形成,这预示着宇宙星光灿烂的未来马上就要到来。

在引力的作用下,原始星云继续向中心聚集,并因潮汐作用,星云开始旋转,渐渐形成一双凸透镜的形状。星云收缩使引力不断增强,从而促使旋转不断加速,而旋转加速又导致星云缘不稳定,从而裂成两个旋臂。

旋臂上发生局部的凝结,每个凝块具有适当体积,可以在我们所见的恒星狭小限度内形成恒星。

通过哈勃太空望远镜,可以发现在我们星系以外的遥远空间里正在形成的其他星系,那正是几十亿年前形成这些星系的情形。这些星系都是庞大的恒星集团,且距离我们极其遥远,因此称之为“岛宇宙”。目前用天文望远镜观测的星系总数需以10亿来计算,我们所在的银河系只是其中的普通一员而已。

解释宇宙形成的理论作为一门发展中的理论,虽然得到了绝大多数科学家的认同,但仍有一些解释不了的问题,需要进一步完善其理论体系。

宇宙的未来

宇宙作为一个整体进行研究的宇宙哲学,还是一门崭新的科学,而在这门博大精深的科学中,我们对宇宙最终命运之谜的了解还非常少。但是人类至少已经发现了几条可以揭示宇宙命运的线索,其中一些线索可以给我们带来希望,而另一些线索却只能使人觉得沮丧。

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