地球动力学新理论

无生有，有生非，无本真空 　　**章认识地球 　　地球从诞生到现在，经历了46亿-50亿年。*早的人类是大约350万年前从东非开始演进的。人类认识地球的过程是一个逆演的过程，按照人类学研究成果之观点，也就是地史新近纪晚期，人类的祖先是一种早期猿属“Australopithecus”（南方古猿）。随着足迹遍及北非、欧洲、亚洲，他们为适应不同环境的气候条件，发展形成了几个不同的种属，既有身材魁梧、肌肉发达的尼安德特人（Homo neanderthalensis），也有身材矮小，四肢细短的弗洛勒斯人（Homo floresiensis）。从这些人种的生活遗迹看，他们都曾经历了地史更迭中的第四纪构造运动。也就是说，从地学与人类社会学学科交叉发展角度讲，经过了第四纪构造运动及一些伴生和次生的巨大地质灾害性事件，如火山喷发、地震、地表张裂、熔岩涌流等活动后，与智人科同属的其他兄弟姐妹人科的人种都分别绝迹了，地球上只留下了智人一种。 　　智人从对植物、动物的采集，狩猎、蓄养、驯化，到农业革命，所针对的只是对自然界动植物的利用，意识上以能避免环境变恶劣、能轻松平稳地延续生命为目的。有学者声称，人类的农业革命是人类凭脑力所推动的认知世界的一次大跃进，为人类提升脑力、解开大自然秘密完成了*初的铺垫。而对于自然界在人身上能否达到“自我意识”--为什么会是这样的？自然界怎么会是这样的？自然界原来是这么回事--等形而上学问题，他们的脑力明显是不够的。 　　尼安德特人从东非迁徙到欧洲，与弗洛勒斯人从东非迁徙到印尼的弗洛勒斯岛，可能分别具有不同的驱动原因，但更多的可能在于受地质灾害频发的影响。无论怎样，早期人类首先考虑的一定是生存问题，不可能去思考大地与海洋、星空的关系。在10万-20万年以前，智人也不可能思考所依托的大地原来只是被后人称为宇宙中的一粒尘埃这类问题的。 　　**节地球认识的形成 　　地球上物质的运动形式既存在着随机性运动，也存在着规律性运动。无论是随机性，还是规律性，在早期人类看来，都是混沌一片。在认识逐步分异过程中，人们认识到，随机性运动是不可捉摸的运动，规律性运动则是可以研究确定机理的。地球的轨道运动具有高度的规律性，因而通过研究地球运动是可以得到其控制机理的。 　　在地学工作者看来，人类认识地球的着眼点应该选在人类对地球的改造和科学地利用地球动力学新理论地球上，确切地说，关注的应该是人类有意识地利用地壳和岩石圈，如修建陷阱、战壕、堡垒、居穴、城池和开垦农田（改变地表属性）等，并根据这些史实来划分地球科学的发展阶段，但是，这显然有些离题。 　　从太阳系诞生起，地球每天就是这样公转与自转延续着。按照宇宙大爆炸理论，我们的宇宙处在持续膨胀过程中，只有暴胀与滞胀的区别，即加快膨胀与膨胀减缓之别，不存在收缩的可能。所以，地球本身是处在持续膨胀中的，按照角动量守恒定律分析，体积不断变大的地球，其自转转速应该不断地变慢。 　　地球在绕日旋转过程中，随着宇宙膨胀，这一年比上一年经过的距离实际上是增加了，所以，如果没有其他因素影响，地球公转一圈的时间应该是在逐渐地增长。地球自诞生以来，除了发生星际碰撞能改变运行轨道与自转速度，公转周期增加与自转速度变慢应该会在地史古生物方面有所体现。 　　珊瑚古生物研究的成果表明：地球公转周期在晚奥陶世为412d，中志留世为400d，中泥盆世为398d，晚石炭世为385d，白垩纪为376d，现在是365.25d。地球公转的不断加快似乎证明宇宙大爆炸理论存在值得商榷之处，可能还存在其他原因。但是，公转周期由大变小，似乎又在验证地球自转逐渐变慢这一点。 　　现代天体物理学的计算结果，证明了地球自转速度正在变慢。南京大学天文学系教授萧耐园等表示，大约100年后，地球每自转一圈就要增加1.8ms。 　　缺少现代技术条件的原始人是无法感受到地球一天的时间发生长短变化的。 　　地震引起岩石圈断块或地壳板块位置的错动，如果形成了高纬度地区的分配质量多于低纬度地区的质量，则地震使得地球自转加快，反之则减慢；如果形成同一区域地块凸出，地块转动半径增大，则地震引起地球自转变慢，反之则加快。这是由角动量守恒定律决定的。 　　【2011年3月11日，日本本州岛附近海域发生8.9级地震（后修正为9.0级），这次日本地震是1900年以来第五大强震。在果壳网的一篇关于这次地震的文章中指出，根据美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）地球物理学家理查德 葛罗斯（Richard Gross）的计算，它导致地球每天的自转时间减少了1.6μs。有心的读者应该还记得，类似的情况在2010年智利地震之后也出现了，当时的计算结果是地球自转时间减少1.26μs。而2004年发生在苏门答腊的地震，则使得地球自转快了6.8μs。】 　　层序地层学研究成果表明，地史上海平面升高的总时间长过海平面下降的总时间（图1-1）。有人据此认为，如果地球H2O总质量不变，地史上无冰或少冰时期比有冰时期长得多，矮小的弗洛勒斯人一定是在有冰期海水大量退却时进入印度尼西亚弗洛勒斯岛的。 　　利用冰期和间冰期判断地球自转速度快慢变化问题，显然存在着不确定性，如果冰期形成的质量重新分配，低纬度带高寒地区多于高纬度带，则地球自转相对变慢，相反，则变快。 　　人类诞生以后，地球冰与非冰情况是怎样的？是否与人类生存演化有关？ 　　影响地球上结冰的因素，一是大气的温度，二是受地温梯度影响的地表温度。 　　大气的温度受透射阳光多寡的影响，也就是大气透明度决定了冰期与间冰期的存在。大气的透明度受制于大气中粉尘的含量及其化学成分。所以火山喷发、CO2含量增加，会使冰盖加厚或融化。 　　受构造运动影响的地表温度是这样推理的，构造运动导致地壳板块移动，形成地壳岩石圈的厚与薄改变，影响地温梯度的减与增，从而影响冰盖的厚度。当然，地球在不同季节，地表温度也会不同，但影响不大。 　　作为地球一部分的东非大裂谷与东非高原，在地质历史时期的火山活动和生物活动，使大气圈中CO2含量及火山尘埃含量经常发生变化，形成遮天蔽日的火山尘云，使地球大气温度减小，而较高的CO2含量又会形成温室效应，火山尘云与CO2在改变全球大气温度的同时，严重影响原始人类的生存条件。 　　已有研究成果表明，地球第四纪大冰期曾经出现过几次亚冰期和亚间冰期，时间短则几千年，长则数万年或十几万年，改变了地表水体分布，大量的沧海变桑田或曾经的桑田变沧海，如晚新生代大冰期，全球海平面大约下降了100m，完全改变了全球气候带的分布，大量喜暖性动植物种灭绝。 　　原始人类正是在第四纪冰期和间冰期的气候变化中，发展成为现代人。 　　与人类起源于东非地域一致，人类文明起源地之一-埃及，也属于东非。古埃及文明在公元前约5450年形成于埃及的法尤姆地区，他们对地球物产的利用、再利用，体现在对生活地域的扩张、神庙的修建及对永生的追求上。这些历史遗迹显示，他们的精神世界对于“神”的认识深厚，对“地与天”的认识较匮乏一些。 　　相对于其他古老文明，出现在殷周时期的我国古人的“天命论”，也许能够算得上人类*早的关于宇宙的“意识”成果，这些从已发掘的古器物铭文与甲骨卜辞中，不止一次出现“受命于天”刻辞可见。 　　三皇五帝、鸿蒙沆茫、大禹治水的传说中所展现的中华远古、上古时期，洪水滔滔于天地之间的情形，恐怕与地史上的间冰期能够对应挂钩，也就是说这些起源于无文字时期的神话故事，应该可以找到相应地质依据，可算是中华古人对认识地球做出的贡献之一。 　　如果说1869年苏伊士运河的建成通航与1914年巴拿马运河的建成通航，是人类进行生物地质作用所完成的巨大工程，那么始于春秋（公元前770-公元前476年）的京杭大运河的开凿（公元前486年）、长城的修造、秦始皇对灵渠的修建、汉武帝时期的吐鲁番坎儿井工程，就是中国先辈代表人类完成的伟大壮举。 　　这些生物地质作用仅仅属于人类对大地感性认识的作用发挥。对大地上各种物体间的结构及其属性特征的认识，很多并不明了。例如，水为什么总是向下游流去？火为什么总是向上飘动？植物为什么总是向阳生长？等等，先哲们首先想到的是，它们是事物存在的固有特性，所表现出的是接受而不是质疑，并将其中所蕴含的机理统称为“道”。这种“道”不可“名”，只能学习、模仿。老子（李耳，公元前571-公元前471年）观察地上事物，看到水“处众人之所恶，利万物而不争”的现象，思考的是人应该像水一样，不要与别人相争。 　　《道德经》是春秋时期老子所著的一部哲学著作，其对自然界的推究和洞察，对传统哲学、科学、政治、宗教等产生了深刻影响，比欧洲人亚里士多德（Aristotle，公元前384-公元前322年）早约百年，为世界所公认。 　　老子说：“道者，万物之奥”。显然，他认为世间一切事物是有道的，万物间所隐藏的奥秘就是所谓的道。他又说“有物混成，先天地生。寂兮寥兮，独立而不改，周行而不殆，可以为天地母。吾不知其名，强字之曰道，强为之名曰大。大曰逝，逝曰远，远曰反。故道大，天大，地大，人亦大。域中有四大，而人居其一焉。人法地，地法天，天法道，道法自然”。可是，当函谷关关令尹喜求而问书时，他却说“道可道，非常道，名可名，非常名”，意思是说，隐藏于万物间的奥秘是不可以用文字描述的，也是不可以用一般名称来表述的。这也许是中华文明*早对地球的认识。 　然而，2000多年后，艾萨克 牛顿（IsaacNewton，1643-1727年）起名为“引力”的“万物之奥”，采用一套罗伯特 胡克（Robert Hooke，1635-1703年）等绝大多数人读不懂的数学语言写出了《自然哲学之数学原理》（以下简称《原理》）。这是否表明，“要想名状万物之奥，必须采用新的语言”是“道可道，非常道，名可名，非常名”的科学本质之解。 　　笔者并不是说先贤老子曾经思考过地球的引力问题，而是说地球与万物间的奥秘，一定被包含在老子所思所称的“道”中。同样是大地上物体向下掉落的现象，受时间、空间及社会进步、科技发展程度等不同条件限制，有些是可名、可道的，有些是不可名、不可道的。地学中的“风化作用”“剥蚀作用”“搬运作用”“沉积作用”等彼时无法用文字、词组强行表述的、又普遍存在于大自然中的物理现象、数学法则、运动定律，也许都属于老子所言之“道”。这是中华文明中流传下来的千人万解的《道德经》的地学贡献。 　　现在看来，老子所称之“道”，也许像“宇宙”“时间”“空间”“重力”的概念一样，是那种看起来好像明白，说起来并不清晰的大概念、大道理。 　　中国古人关于大地的认识，以“天圆地方”感性传说大行其道，*早出处在《礼记》，《礼记》为西汉礼学家戴圣（生卒年不详）所编，南宋理学家朱熹（1130-1200年）在《周易本义》中也描述了这一说法。按“天圆地方”的古时说法，人类赖以生存的大地是圆盾，由三头大象驮着，并且站在乌龟背上（印度教认为大地被6头大象驮在背上），四面环绕着海水，有个浑圆的巨大天罩盖在上面。 　　“天圆地方”的传说不断演化、充实，逐步形成了古中国人的一种宇宙结构学说--盖天说。 　　盖天说提出天和地都是球穹状的，两者间距4万千米，北极位于天穹的中央，日月星辰绕之旋转不息。日月星辰之所以循环出没，是因为它们运行时远近距离变化所致，离远了就看不见，离近了就看得见。东汉学者王充解释为：“今试使一人把大炬火，夜行于平地，去人十里，火光灭矣；非灭也，远使然耳。今，日西转不复见，是火灭之类也”。比较老子“大曰逝，逝曰远，远曰反”，可以发现，其道理一脉相承。 　　盖天说中的“球穹状”恐怕是中国古人关于地是球状的*早认识。 　　大地是圆球的认识不仅体现在古希腊哲学家亚里士多德的《论天》中，还体现在古希腊人的航海认识中。 　　地球的本真面貌被费尔南多 德 麦哲伦（Fernando de Magallanes，1480-1521年）的环球探险所证实，是人类认识地球的伟大壮举。