Astronomy 版 (精华区)

发信人: reise (旅行), 信区: Astronomy
标  题: 暗淡蓝点·十二、大地熔化了
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年06月14日18:54:16 星期六), 站内信件

　　在锡拉㈠和锡拉细亚㈡的中途，火焰从海洋里冒出来，接连烧了四天，于是整
个大海都沸腾了，并燃起了熊熊大火。火焰铸造出一个岛屿，它渐渐升高，好像有
人用杠杆把它抬起来……爆发平静下来以后，当时称霸海上的罗德岛㈢人，最早敢
于前来察看此情景，并在这岛上建了一座庙宇。 
                　　　　　　　 --斯特拉博(Sbnb)㈣《地理学》(约公元前7年) 

　 　　在地球上许多地方，你都可以找到一种具有惊人和不寻常特色的山。任何
一个儿童都认得出它：山顶好像是用刀子削平的，或修整成方方正正的。如果你爬
上或飞越山顶，就会发现它有一个洞，或是一个坑。在这类山中，有一些顶上的坑
很小，有一些则几乎和山本身一样大。坑里偶尔装满了水。有时坑里装的是一种更
令人惊奇的液体。你踮着脚走到坑边，就会看到广阔的、黄红色发光液体的湖以及
火泉。这种山顶的洞称为死火山口(caldera，该词源自caldron，原意为大锅)，它
们所在的山则理所当然称为火山(vOlcano，源自古罗马火神的名字Vulcan)。地球
上已经发现了大约600个活火山。在海洋下面还可以找到一些。 

　　典型的火山看起来很安全。它的四周都长着自然植被。梯田点缀在它的侧面，
山脚下有小村庄与庙宇。然而在沉寂几个世纪之后，没有预警．火山就可能爆发。
大块石头形成弹幕，火山灰雨从天而降。热熔岩汇成河流，从火山口向四周倾泻。
全世界的人们都想象过，活火山是一个被囚禁的巨人或魔鬼，他总想挣扎着逃出来。 

　　近年来爆发的圣海伦斯火山和皮纳图博火山提醒我们火山的威力有多大，而类
似的例子史不绝书。1902年，培雷火山的红热岩浆横扫加勒比海马提尼克岛，使圣
皮尔城的 　　35 000名居民丧生。1985年，内瓦多·德尔·路易兹火山爆发时形
成的大量泥石流，害死了25 000个以上哥伦比亚人。公元一世纪爆发的维苏威火山，
把庞贝和赫尔库莱尼恩城的倒霉居民们全部掩埋在灰烬里；还害死了大无畏的博
物学家大普林尼(Pliny)，当时他为了进一步了解火山爆发的过程，而前往这个火
山边。(普林尼并非献身火山研究的最后一位学者，在1979年至1993年间，就有15
位火山学家在各种火山爆发中牺牲。)地中海的圣多林岛(又名锡拉岛)实际上就是
一个海底火山口边缘冒出水面的顶端部分。①有些历史学家认为，公元前1623年爆
发的圣多林火山促成了附近克里特岛上伟大的米诺斯文化㈤的衰落，并改变了早期
古典文明的均势格局。这场灾难可能就是柏拉图讲述过的亚特兰蒂斯(Atlantis)传
说的来源。照这个传说，一个文明社会"在倒霉的一天一夜里"就被摧毁了。当时人
们自然会认为，这是一位神灵在大发雷霆。 

　　人们对火山自然感到恐惧和敬畏。当中世纪基督教徒看见冰岛上的海克拉火山
爆发，并见到山顶上空翻滚的熔岩碎块时，他们认为这是干坏事人的灵魂正在等待
被送进地狱。有人郑重其事地说，他们听见了"可怕的呼叫声、哭声和痛苦不堪的
磨牙声，""哀叫及大声啼哭"。他们认为，在海克拉火山口里面的发光红岩浆湖和
硫磺气体，正是阴间景象的真实显现，也证实了人们相信的地狱的存在，而地狱正
是与天堂相对的。 

　　事实上，火山是通往地下王国的入口，而地下王国比人类居住的单薄表层辽阔
得多也不友善得多。从火山口喷出的熔岩是液态的岩石--达到其熔点(一般在1 　
　000℃左右)的岩石。熔岩从地球里面的洞涌出，冷却时就凝固。一次次产生的固
体化岩浆堆积起来，就形成了火山的侧面。 

　　地球上火山最活跃的场所，往往是沿洋中脊以及岛弧--它们都是海底地壳两大
板块交接的地方，两个板块互相分离，或者一个滑到另一个下面。海底有很长的火
山爆发地带，火山爆发往往伴随着一大批地震、深海烟柱与热泉，我们刚刚开始用
机器人和载人潜艇去观察它们。 

　　熔岩的喷发必然意味着地球内部极度灼热。实际上，地震资料表明地壳的厚度
只有几百千米，在下面的整个地球主体至少也是轻度熔化的。地球内部很热，一部
分原因是那里有铀等放射性元素，它们在蜕变时释放出热能；另外还由于地球在形
成时释放的固有热量中有一些保存下来了。当许多星子由于相互的引力作用而聚集
在一起形成地球时，以及铁下沉形成地核时，都会放出热能。 

　　熔化了的岩石(即岩浆)，可以穿过周围较重固体岩石之间的缝隙向上浮动。我
们能想象得到，如果有机会提供一个合适的通道，地底下浩大洞穴中红热、发光、
冒气和黏稠的液体就会朝地面喷射而出。射出的岩浆(称为熔岩)从火山口倾泻出来，
真可说是从"地狱"流出来的。可是我们至今还没有找到那些被打人"地狱"的冤魂。 

　　由于接连喷射，一旦整个火山成形，熔岩不再向上涌人火山口，于是一座山就
出现了。就像任何其他的山一样，由于风吹雨打，最后，更因为地球表面上有大陆
板块运动，火山会缓慢地遭到侵蚀。迪伦(Bob 　　Dylon)在叙事诗《随风而逝》
中问道："要过多少年才能把一座山冲刷到海里去呢?"答案视我们谈论的是哪一个
行星而定。对于地球，这大约要1 000万年。因此火山和其他的山都必定是在同样
时间范围内形成的，否则地球各处都会像堪萨斯州一样平坦了②。

 　　火山爆发能把大量物质--主要是硫酸微滴--抛入平流层。在那里，它们会在
一两年内把太阳光反射回太空，于是使地球变凉。不久前菲律宾的皮纳图博火山爆
发，就出现过这种现象。灾害最严重的是1815-1816年印度尼西亚的坦博拉火山爆
发，它造成"没有夏天的年头"，因而发生大饥荒。公元177年新西兰陶波火山爆发
使相距半个地球的地中海气候变冷，并且使火山微粒落到格陵兰岛的冰盖上面。在
美国俄勒冈州的马扎马山，公元前4803年曾经爆发火山，遗留下现在称为"坑湖"的
火山口，这场爆发对整个北半球的气候都有影响。正在积极进行的火山对气候影响
的研究，最终导致了"核冬季"的发现㈥。这类研究为用电脑模拟来预测未来的气候
变化，提供了重要的试验。火山粒子射人高层大气，也是臭氧层变薄的另一个原因
。 

　　因此发生在地球上某个偏僻地区的一次大的火山爆发，能改变整个地球的环境
。无论是就它们的成因还是后果来说，火山爆发都提醒我们，地球内部新陈代谢中
轻微的"打嗝"或"打喷嚏"，都会让我们吃不消，因此也提醒我们了解这个地下热机
的运转对我们显得多么重要啊! 

　　可以认为，在地球--以及月球、火星与金星--形成的最后阶段，小天体的撞击
造成了全球性的岩浆海洋。在地表形成之前，熔岩到处泛滥。从地球内部喷射出来
并倾注到表面的红热岩浆，形成潮浪高达若干千米的巨流，把流过途中的一切东西
--山脉、沟渠、坑口--也许还有在更早、气候更温暖时期遗留下来的最后痕迹，统
统埋葬了。地质学的里程表又重新回到起点。我们看到的一切表面地质特征，都是
最后一次全球性岩浆洪流留下的。在这些地质特征冷凝之前．熔浆之海可能深达几
百甚至几千千米。在几十亿年之后，到了我们的时代，这样一个世界的表面变得安
静，不活跃，看不出现时火山活动的迹象。也许在某些天体--如地球--上，还可以
找到整个表面岩浆泛滥时代的一些小规模遗迹。 

　　在早期的行星地质学研究中，一切资料都来自地面的望远镜观测。在半个世纪
中，对于月球的坑口究竟是由撞击还是火山爆发形成的，开展过激烈争论。在一些
低山之顶发现了火山口，它们几乎可以肯定是月球的火山。但是位于平原而非山顶
的巨大的碗状或盘形坑口，就是另一回事了。有些地质学家认为，它们与地球上某
些长期遭风雨侵蚀的火山甚为相似。可是另一些学者持不同意见。最好的反证是，
我们知道经常有小行星和彗星飞过月球，它们有时必然击中月球，于是碰撞一定会
形成坑口。在月球历史上，本应撞出了许多个坑。因此，如果我们看到的坑口不是
由碰撞产生的，那么碰撞坑又在哪里呢?我们现在从直接的实验室研究了解到，月
球上的坑几乎全部是由碰撞形成的。但是在40亿年之前，这个今天已经接近"死亡
"的小世界，在现在早已不存在的内部热量驱动下发生的早期火山活动曾经使它不
断地冒泡和沸腾。 

　　1971年11月，美国国家宇航局的"水手9号"太空飞船到达火星，去探测这个完
全被全球性沙暴掩盖住的行星。能够看得见的几乎唯一特征便是从红色隆雾中伸出
来的四个圆斑。但是它们很古怪：它们的顶部有洞。在沙暴减弱的时候，我们可以
明白无误地了解到，我们曾一直看见的原来是四个穿透沙暴的巨大火山，每一个的
顶上都有一个巨大的火山口。 

　　在沙暴消散后，这些火山的真正规模便看清了。最大的火山--命名为奥林匹斯
山，即希腊神话中众神的住所，这是一个恰当的名字--其高度超过25千米(约15英
里)，它不仅使地球上最大的火山，也使地球上的一切山峰都相形见绌。西藏高原
上的珠穆朗玛峰也仅高9千米。火星大约有20个大火山，它们都没有此奥林匹斯山
那样高大。这座山的体积大约为地球上最大火山(即夏威夷的冒纳罗亚火山)的100
倍。 

　　火山侧面有许多撞击坑，它们由小行星碰撞而成，与山顶的火山口容易区分开
来。从撞击坑的数目可以估计出它们的年龄。火星上有些火山的年龄可长达几十亿
年，尽管没有哪一个是和火星本身同时在45亿年前形成的。包括此座典林匹斯山在
内的一些火山都比较新--也许只有几亿年。显然可知，火星早期发生的剧烈火山爆
发也许形成了比火星现在所拥有的要稠密得多的大气。如果我们那时就访问火星，
它看起来会是什么样子呢? 　　火星上的某些已经冷凝的火山熔岩(例如在塞尔伯
吕区域)，是两亿年前刚形成的。虽然没有正反两方面证据，但我推测，太阳系中
我们确实知道的最大的奥林匹斯火山很可能会再次爆发。有耐心的火山学家们无疑
会欢迎这一件事。 

　　在1990-1993年，"麦哲伦号"太空飞船发回了关于金星地形的惊人消息。制图
员绘制了几乎整个金星的地图，连 100米大小的微小细节都会标在图上(100米只不
过是美国橄榄球运动场的大小)。"麦哲伦号"用电讯传回地球的资料比其他行星探
测器的资料加起来还要多。因为地球上海底有很大一部分还没有探测过(也许除掉
美国和苏联海军取得的仍属机密的资料)，所以我们对金星的了解超过包括地球在
内的任何别的行星。金星的许多地质特征与地球及其他地方的都大不一样。行星地
质学家给这些地形取了名字，但这并不意味着我们已经完全了解它们是如何形成的
。 

　　因为金星表面温度接近470℃，所以金星表面上的岩石远比地球表面上的岩石
更加接近熔点。金星上远比地球上在更浅的表层中，岩石就开始软化并变成岩浆了
。很可能是由于这个缘故，金星的许多地质特征好像是可塑性的和发生过形变的。
 

　 　　这个行星的表面布满了火山岩浆形成的平原和高原。地质结构有圆锥形火
山(可能是被掩盖的火山)与火山口。我们在许多地方可以看到岩浆洪流喷发过的痕
迹。有些平原的范围大小超过200千米，有人把它们戏称为"扁虱"和"蜘蛛网"，这
是因为它们是圆形凹地，周围为同心圆环，并且表面有辐射状的长裂痕从中心伸出
。还有一种在地球上从未见过的，但也许是火山的奇特、扁平状地质结构，称为"
薄饼状穹顶"。它们大概是由既稠又黏的熔岩向四面八方缓慢而均匀地流动形成的
。有许多曲折的岩浆流冷凝形成的地质构造。还有一种奇怪的，称为"冠冕"的环形
结构，它们的直径可达2 　　000千米左右。在闷热的金星表面上的奇特熔岩流，
为地质探秘提供了丰富的题材。 

　　最出人意料，也最奇特的地形是蜿蜒的峡谷，弯弯曲曲和牛轭相似，看起来就
像地球上的河道。其中最长的比地球上最长的河流还要长。可是金星太炎热了，不
可能有液态的水。此外，金星上没有小撞击坑，由此我们可以断言，在现有的地面
形成以来，大气就一直是这样厚，并产生巨大的温室效应。 

　　(如果大气要稀薄得多，那么中等体积的小行星在进入大气后就不会烧毁，而
与金星表面碰撞并撞出坑来。)从山顶向下流动的熔岩形成蜿蜒的峡谷。(有时成为
地下岩浆河，后来河顶坍塌，形成峡谷。)但是甚至在金星的高温情况下，熔岩也
会辐射出热量，然后冷却，流动减慢，凝固，最后停顿下来，岩浆冻结成固体。熔
岩在峡谷中流动的范围不超过总长度的10％就冻结了。有些行星地质学家认为，金
星上必能产生一种特殊的、稀薄如水的、能顺畅流动的岩浆。但这只是一种没有凭
证的臆测，它表明我们在这方面知识的贫乏。 

　　稠密的大气移动缓慢；然而正是由于大气如此稠密，它才能很容易把微粒吹上
天空并让它们在空中飘动。金星上有刮风的迹象，风主要来自撞击坑，盛行的风在
坑内吹出一堆堆沙尘，于是在表面留下风向标似的遗迹。我们到处可以看到沙丘，
以及由风化塑成的火山地形。这些风化的过程很缓慢地进行，就像在地球的海底一
样。金星表面的风力很弱。可是因为大气稠密，只要一股微风也可以吹起一团微粒
云，但是在这个令人窒息的地狱般的环境里，即使微风也很难得有。 

　　金星上有许多撞击坑，但比起月球与火星来说要少得多了。直径小于几千米的
坑少得出奇。这个原因不难理解：小的小行星和彗星进入稠密的金星大气后，还没
有来得及撞上金星表面就破碎了。用金星大气现有的密度，可以很好地解释观测到
的最小坑径。在"麦哲伦号"照片上看到的某些不规则的斑点，可以认为是在深厚大
气中破碎的撞击物体的遗迹。 

　　大多数撞击坑显然是原始的，都保存完好，只有百分之几后来被熔岩淹没过。
"麦哲伦号"发现金星表面非常年轻。撞击坑的数目很少，这表示凡是年龄超过5亿
年的地质特征都谅必已经被消除了③--这种情况竟会出现在一个年龄肯定接近45亿
年的行星上。只有一种侵蚀因素能解释得通这种现象，这就是火山活动。在此行星
上所有的坑口、山脉以及其他地质结构都被一度从内部喷射出来，到处横流并且冻
结的熔岩海洋淹没了。 

　 　　在察看了如此年轻的、充满凝固岩浆的表面之后，你也许会想知道是否还
有一些活火山遗留下来。已经证实的，一个也没有找到；但是有少数几处--例如马
特火山--四周好像有新产生的熔岩，因而可能真的还在剧烈地翻腾和喷发。有证据
表明，高层大气中的硫化物含量随时间在变化，似乎表面上的火山还不时地把这种
物质喷射人大气。在火山平静的时候，硫化物完全会落回表面。还有一个有争议的
证据，认为金星上山顶周围有闪电，就像地球上的活火山有时也会出现这种现象。
可是我们不能肯定金星现在是否还有火山活动。这是将来探测的问题。 

　 　　有些科学家相信，大约5亿年以前金星表面还几乎完全没有地形结构。岩浆
流与岩浆海从金星内部严酷无情地倾泻出来，把任何可以成形的地表都填满并盖住
。如果你在那些年代降落到金星云层之下，你便会看到表面几乎是平坦的，没有地
貌特征。到了夜晚，火红的岩浆一直在发射出令人恐怖的光芒。按这个观点，大约
在5亿年前向地面喷射大量岩浆的金星内部的巨大热机，现在已经停止运转。这个
行星的热机终于走到尽头了。 

　　地球物理学家特科特(Donald Turcotte)提出另外一种引人人胜的理论模型。
他认为金星拥有和地球相似的板块构造，但是板块活动有时激烈有时停息。他说目
前板块活动处于停息期，"大陆"不沿表面漂移，不互相碰撞，因此没有造山现象，
后来也不会缩进金星的内部深处。然而在平静几亿年后，板块活动经常发生，于是
表面特征被熔岩淹没了，被造山运动毁掉或被其他方面的地壳运动削弱、灭迹了。
特科持提出，上一次这样的爆发大约在5亿年前结束，于是从那时起，一切又趋于
平静。然而"冠冕"状环形结构的出现可能预示--按地质学上的时间尺度来说，在不
远的将来--金星表面大规模的变化就要再次发生。 

　　比起火星上的大火山或金星被岩浆淹没的表面更加出人意料的，是1979年3月
"旅行者1号"太空飞船与木卫一(木星的四个伽利略大卫星中最里面的一个)会合时
的发现。我们在那里发现了一个奇怪的、小的、多彩的、确实布满火山的世界。我
们吃惊地看见8根活跃的火柱把气体与微粒喷射到天空。其中最大的一根用夏威夷
火山女神的名字命名，称为培雷，它向太空抛射出的物质喷泉高出木卫一表面250
千米，比地球上有些宇航员达到的高度还要高。4个月后，当"旅行者2号"到达木卫
一时，培雷本身已经熄灭了，然而还有6根别的火柱在喷射，发现其中至少有一根
是新的。此外，另一个称为苏尔特的火山口，已经颜色大变了。 

　　即使在美国国家宇航局的图片中木卫一的颜色被过分增强了，可是它的本色还
是和太阳系中任何地方都不一样。目前流行的解释是木卫一的火山并非像地球、月
球、金星与火星那样，由向上喷射的熔岩驱动的，而是二氧化硫和熔硫喷发所驱动
的。它的表面布满着火山、火山口、喷气孔以及熔硫湖。 

　　在木卫一表面和附近空间已经检测到各种形式的硫及硫化物--火山爆发共同把
木卫一的一部分硫抛人太空④。这些发现使有些人认为木卫一有一个液态硫的地下
海，这液态硫从一些薄弱地点涌出到表面，形成矮小火山，然后向下流动并冷凝。
它最后的颜色取决于喷发时的温度。 

　　在月球或火星上面，你能够找到10亿年来几乎无变化的许多地方。但是对木卫
一来说，在一个世纪内大部分表面都遭受到新熔岩的再次泛滥，许多地方被填满，
或其地理特征被冲洗掉。这使木卫一的地图很快就变得陈旧了，因此绘制木卫一地
图会成为一个欣欣向荣的行业。 

　　所有这些结论，从"旅行者号"的观测资料似乎都很容易得出。从目前熔岩流淹
没表面的速率可以推测，在50至100年内就会有重大变化。很幸运，这个预言是否
正确能够检验出来。我们可以把"旅行者号"对木卫一拍的照片拿来与50年前用地面
望远镜拍的质量差得多的照片相比，也与13年后哈勃太空望远镜的照片相比。令人
惊奇的结论是，木卫一表面上大的标志几乎完全没有改变。很显然，我们的推理有
什么地方搞错了。 

　　在一定意义上说，火山是行星内部物质的喷发，它的创伤最终靠自身的冷凝来
愈合；可是一个创伤告愈，另一个又出现了。不同的星体有不同的内在物质。在木
卫一上发现液态硫的火山活动，有点像发现一位老朋友受伤时流出的血竟是紫色的
。你无法理解怎么可能有这样大的差别。他看起来也是一个如此普通的人。 

　　我们当然急于想发现其他世界上火山活动另外的迹象。在水卫二(即木星的伽
利略卫星中的第二个，也是木卫一的邻居)上面，根本就没有火山；但是溶冰(即液
态水)似乎冒出到表面，流过大量纵横交错的暗条纹，然后再冻结起来。再往外，
在土星的卫星上，有迹象表明，液态水从内部喷出，把撞击坑冲毁。然而无论是在
木星还是土星的系统中，我们还没有看到过任何与冰火山相似的东西。在海卫一上
面，我们也许已经看见了氮或甲烷的火山现象。 

　　其他星体的火山是一种激动人心的景观。它们增强我们对奇景的感受以及欣赏
宇宙的美丽与丰富多彩的欢乐。但是这些地外世界的火山还有另外一种作用：它们
有助于我们了解自己世界的火山，也许有朝一日有助于预测它们的爆发。如果我们
不了解在物理参数不相同的其他环境中正在发生什么情况，我们对与自身关系最密
切的地球上环境又能有多少深刻的认识呢?一种关于火山现象的全面理论，必须适
用于各种情况。当我们偶然发现处于地质宁静期的火星上有大量火山隆起时；当我
们发现仅仅是在昨天熔岩洪流把金星表面冲刷干净时；当我们找到一个星体不是被
像地球这样由放射性衰变释放的热能，而是被近距天体产生的引力湖熔化时；当我
们观察到硫化物而不是硅化物的火山现象时；以及当我们开始猜测在外行星的卫星
上面我们是否看见了水、氨、氮或甲烷的火山现象时--我们才开始懂得还可能有哪
些其他的火山。 

　㈠希腊南部爱琴海中的一小岛。--译者 

　㈡即现在的亚洲。当时地理学不发达，误认为亚洲很小。--译者 

　㈢土耳其南部的一个大岛，岛上居民善于航海。--译者 

　㈣古希腊地理学家和历史学家(约公元前63年-公元20年)。--译者 

　㈤公元前3 000年-公元前1 100年存在于克里特岛的古希腊文化。--译者 

　㈥前些年国外一些科学家用电脑模拟核弹耀炸，认为爆炸引起的大火使大量烟雾
进入平流层，由此造成全球冷却。--译者

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