21世纪地球科学十大挑战：生命起源仍是谜

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http://www.sina.com.cn 2008年03月14日 07:20 新浪科技
　　新浪科技讯 北京时间3月14日消息，据国外媒体报道，美国国家科学研究理事会12日公布的一份最新报告确定了推动地质学和行星科学需要优先解答的十个问题。这些问题旨在反映地球科学在21世纪初面临的重要科学挑战，指出了地球科学的现状，如何取得既定目标，以及未来发展的方向等。

　　美国加州大学伯克利分校地球化学教授、起草这一报告的委员会主席唐纳德·德帕罗表示：“过去20年各方面均取得了不小的进步，我们现在能通过微观和宏观角度研究这一问题，给地球勾画一副更为美好的蓝图，比如识别矿物质中的个别原子，或观测大陆漂移和山体变高。为使这一领域继续前进，我们应回顾历史，提出更为深刻的根本问题，比如地球和生命的起源，行星结构和动力学，生命和气候的联系等等。”

　　报告是在美国能源部、国家科学基金会、美国地质勘测局和美国宇航局的联合要求下起草的。起草委员会挑选了各种问题,但是并未特别考虑涉及某个机构的问题，而是覆盖各种各样的空间尺度——从原子到行星——和时间尺度——从过去到现在和将来。委员会对地质学界进行了广泛调查，最后精心挑选出10个问题。

　　报告称，其中一些问题可能再过几十年科学家依旧理解不了，而另外一些问题则可能在几年内取得更重要的进步。委员会没有排列出这十个问题的优先顺序——仅在下面列出了相关说明性论点，也没有推荐解决这些问题的具体措施。

　　1.地球和其它行星来自哪里？

　　尽管科学家普遍认为，太阳系中的恒星和行星来自于同一片星云，但他们确实对地球如何获得其化学构成了解不够多，尚不能理解地球的演变以及其它行星之间的不同之处。另外，虽然现在科学家拥有行星形成的可靠模型，但只有对太阳系主体部分和系外天体作进一步观测，才能让他们对地球和太阳系的来源有深入的了解。

　　2.地球“黑暗时期”(地球诞生后的最初5亿年)究竟发生了什么？

　　科学家认为，在地球形成的后期，另一颗行星与地球发生了碰撞，产生的残骸形成了月球，同时令地球熔化形成地核。这一时期对解开行星演变之谜至关重要，特别是地球如何形成其大气层和海洋，但是科学家对此却知之甚少，因为来自这一时期的岩石几乎没有保存下来。

　　3.生命是如何开始的？

　　生命起源是科学史上最令人好奇、最难、也是最旷日持久的问题之一。有关生命形成地点、时间和形式的现有唯一证据，来自于对岩石和矿物质的地质研究调查。为帮助解答这一问题，科学家还对火星展开勘测。火星上有关行星早期历史的沉积物记录早于地球上年代最久远的岩石及其它拥有行星的恒星系统。

　　4.地球内部如何运转及其对地表的影响？

　　科学家清楚，地幔和地核始终处于对流运动状态下。地核对流产生地球的磁场，磁场可能会影响地表状况。而地幔对流引发火山运动和造山运动，形成海底。但是，科学家既不能精确描述这些运动，也不能计算它们在过去的不同之处，这为他们了解地球历史状况及预测地表未来环境设置了层层障碍。

　　5.为何地球拥有板块构造和大陆？

　　尽管板块构造学说已经相当完善和成熟，但科学家仍想知道地球为何拥有板块构造，以及板块构造与地球其它方面的紧密联系，如水量充足，大陆、海洋和生命的存在等等。此外，科学家还不清楚大陆形成的初始时间、大陆如何能存在数十亿年、它们在未来将如何演变等问题。这些全部是极为重要的问题，因为陆壳风化在调解地球气候方面发挥着重要作用。

　　6.地球进程如何受物质特性的制约？

　　科学家现在认识到，板块构造学和地幔对流等宏观行为，源自地球物质的微观特性，包括这些物质原子结构的最小细节。理解物质的微观特性对搞清楚地球历史，对行星过程未来将如何变化作出合理可靠的预测均十分必要。

　　7.什么原因引起气候变化，气候变化幅度到底能有多大？

　　在过去40亿年的大部分时间里，地球表面温度变化相对很小，但从长期讲，如何将气候变化限制在人类可以控制的范围内，即使它可能变化非常剧烈？对历史上地球极端气候——气候何时极冷或极热或何时变化迅速——的研究可能会提高气候预测模式的精确性。而气候预测模式则能使科学家去预测气候变化的大小和后果。

　　8.生命如何改变地球，地球又是如何改变生命？

　　地质学和生物学相互影响的准确方式目前依是个谜。科学家对生命在给地球注入氧气和通过风化和侵蚀改变地表方面的作用非常感兴趣。他们还寻求了解地质事件如何引起大规模生物灭绝，以及地质事件对进化过程构成的影响。

　　9.人类能否预测地震、火山喷发及其后果？

　　科学家在预测未来地震发生的可能性方面已取得很大进展，但也许他们永远不能预测出地震发生的准确时间和地点。尽管如此，科学家仍在继续破译断层断裂开始和停止过程及大地震附近的摇动有多强烈等难题。至于火山爆发，地质学家的预测能力同样有所提高，但也面临着如何深入清晰地了解岩浆活动(从地幔上层的岩浆来源地经地壳流到发生喷发的地表)的挑战。

　　10.流体流动和输送如何影响人类环境？

　　对自然资源和环境的合理利用和管理要求科学家掌握有关地上和地表流体行为的相关知识，同时，科学家希望最终开发出能预测这些自然系统表现的数学模型。但是，确定地下流体在不同类型岩石和土壤层的分布、它们的流速、它们输送遭溶解和悬浮材料的效率及化学和热量同宿主地层(host formation)相互流动对它们的影响等均十分困难。(杨孝文）