互动科普

45.33亿年前

环境：大量物质散布在周围的宇宙空间里。其中的大部分开始向地球坠落，但是，一部分没有坠落，而开始围绕地球公转

图1. 月球诞生的大碰撞假说

月球诞生，地球命运发生了改变

大约45亿年前，地球表面熔化，构成地球的大量物质形成一个“圆盘”，环绕着地球。虽然大部分的物质向地球坠落，但是一部分相互吸引靠近聚合在一起，并开始围绕地球公转。这就是月球诞生的学说之一“大碰撞假说”所描绘的月球诞生的情景。

为什么地球的组成物质散布到宇宙空间了呢？这是因为原始地球受到了一个火星大小的天体的撞击。

假如没有发生大碰撞，地球上会是怎样的情景？

这一偶然事件在极大程度上改变了地球的历史。大碰撞假说认为，当时地球上绝大部分的水蒸气都飞散消失了，地球丧失了水分，变得非常“干燥”。那么，如今地球上的水又是来自哪里呢？研究认为，现在的水来源于后来撞击地球的大量陨石中所含的水。

假如没有发生大碰撞，地球会是什么样子呢？原有的水分得以保留，再加上后来陨石带来的水，说不定地球上的陆地全部都被淹没，也就不会诞生陆生生命吧。

此外，如果没有形成月球的话，地球上的1天也许会变得更短。那时，地球上的1天只有5小时。月球诞生后，在月球与地球之间的引力（潮汐力）作用下，地球上的1天逐渐变长，直到变成现在这样。

45.5亿年前

环境：地球被熔化的岩浆覆盖，液态水蒸发，进入大气中

地球被粘稠的厚厚的岩浆所覆盖

星子在地球引力的作用下，不断向地球靠近，并越发猛烈地频繁撞击地球。撞击地球后，星子蒸发解体，成为了覆盖地球的岩浆海洋的一部分。

历经无数次的碰撞之后，地球开始逐渐变大。当时的地球半径只有大约4000公里，仅是现在的60%。

随着地球越来越大，引力也日益增大，因此，星子开始加速运动。来自星子的撞击不仅越发猛烈，而且撞击频率越发加快，使得地球上的岩浆海洋甚至达到了数百公里深。

岩浆海洋孕育了地核与地幔

当时，岩浆成分中熔化的铁因为较重而沉积在岩浆海洋的深处。炽热的铁将下方的岩石熔化，并继续向地球中心沉降。地核与地幔等地球的内部结构正在逐渐形成。

被岩浆海洋覆盖的地球上，根本不可能存在生命。不过，在岩浆海洋的下面，地球内部分化出地核与地幔。而这一变化与后来导致大陆漂移的地幔对流以及地球磁场的诞生有着密切的关系。

地球在遭受重创后浴火重生，踏上了从一块岩石向适合生命存在的行星蜕变的艰辛历程。

45.6亿年前

环境：星子聚集，原行星开始成长

大量星子相互碰撞合并，原行星开始成长

那时太阳系中散布着大量星子，它们不断碰撞合并，形成了更大的星体——原行星。其中，一块椭圆形的岩石明显大于其他岩石，格外引人注目，这就是开始急速成长的原行星——未来的地球。

当时的地球半径约1000公里，只是现在的15%左右。在受到较大星子撞击的地方，星子及其周围的物质熔化，形成了岩浆池。由于这一阶段的地球还相对较小，引力也较小，碰撞所产生的能量还无法形成岩浆海洋。

地球在行星之间的“岩石聚集大赛”中胜出？

 星子经过不断碰撞合并，变得越来越大，其引力也越来越大，开始吸引远处的星子向自己靠近。这样一来，地球的“种子”（原行星）不断吸引周围的星子靠近，并将其合并为自己的一部分，因而变得越来越大。研究认为，地球是原行星之间多次相互碰撞合并而成的。

太阳系的其他行星也是以同样的方式成长起来的。不过，地球的个头大于火星和金星，这成为决定后来地球环境的一大转折点。   

火星质量只有地球的10%，引力也较小，因此，火星上的大气都逃逸到宇宙空间了，遗留下来的大气非常稀薄，无法产生足够的温室效应，因此，现在火星上非常寒冷，平均温度只有-43℃。

幸运的是，地球长成了一个大块头，才得以长期维持适合生命存在的环境。

45.67亿年前

环境：地球尚未形成，原行星盘中分布着大量的星子，它们相互猛烈碰撞，合并为一体

图2. 地球历史的开端

星子之间的第一次碰撞：地球历史的开端

环绕年轻原始太阳原行星盘主要由气体与尘埃组成，里面分布着超过100亿个星子。其中的两个星子发生了猛烈碰撞，合并在一起。请记住这一具有历史意义的时刻——地球历史的开端。

在大约46亿年之后的今天，星子碰撞所产生的能量依然以地热的形式储存在地球内部，并成为地幔对流的原动力。地球深处的炽热岩石密度变轻，产生上升热流，冷却后的岩石密度变重，又沉降到地幔中，这一过程称为“地幔对流“。地幔对流可以从地球内部向地表输送和释放热量。

在大约46亿年的漫长时间里，地球一直在不断地释放热量。其中，很重要的一个理由就是，质量越大的物体，冷却所需的时间越长。此外，地球内部的放射性物质转变为其他物质时所生成的热（衰变热）也在持续不断地释放出来。

在46亿年之后的今天，地球依然没有冷却下来，依然在不断地释放这些热量。

（本文发表于《科学世界》2015年第10期）