《人类科学技术史-395》地球考察的进展

地球考察的进展

当代开始以来，人们利用各种先进的调查手段，对地球的大陆和大洋进行了广泛而深入的考察，取得了超过以往任何时代的丰富资料及一些重大发现，对地球的历史及构造有了更为深刻的认识。

1.对地球历史的考察

大约6亿年前的地球地质时期称为前寒武纪时期。它是研究地球起源、元素起源和生命起源问题的重要时期。同位素地质年代学的发展，航天考察的出现，极大地促进了对前寒武纪地质历史的研究。

1902年，卢瑟福提出了不稳定元素衰变原理，为同位素地质年代学的产生奠定了基础。1907年，美国的波特伍特(1870-1927)取得了第一个矿物放射性铅的年龄数据。英国地质学家霍姆斯(1890-1965)写出了《地球的年龄》等专著和论文，并于1947年首次提出了地质时间表。他对地球年龄的估计为45.5亿年。这一估计后来被普遍认可。50年代以来，由于质谱仪和同位素稀释技术的广泛应用，使地质年代学的研究取得很大成就。1978年，原苏联在乌克兰发现了地球上距今40亿年前形成的岩石。1990年和1991年，美国在加拿大西部和拉布拉多北部发现了39.6亿年前和38亿年前的岩石。此外，在格陵兰、南极、澳大利亚、中国的辽宁鞍山和河北迁安都发现了35亿-43亿年前的岩石。这些发现都表明，地球的球壳早在40多亿年前就形成了。

1969年，美国"阿波罗"登月的成功，为人类认识地球的早期历史又打开了一扇大门。"阿波罗"6次登月，采集月岩和月壤标本270公斤，并将月震仪、磁强针、太阳风能谱仪送上月球。通过对月球的综合考察，人们对月球的构造、矿物和元素都有了深入的认识。60年代以来同位素年龄测定表明，地球、月球、陨石大约是在46亿年前同时产生的。月球质量小，能量不足，生成到30岁亿年前左右，演化基本停止，保持了30多亿年前的构造特征。地球能量大，继续演化，后期的地壳运动破坏了前期的地形、地貌和构造。因此，月球成为认识地球30亿年前演化历史的重要参照物。

70年代以来，美国、原苏联利用深钻和超深钻技术直接研究古老地盾深部的构造特征，使对前寒武纪构造分析和分区由地表、近地表的研究进入到地壳深层和上地幔阶段。

有关前寒武纪古生物地层学的研究也有重大进展。60年代后，人们应用电子显微镜，发现了许多化石如苦泉群体、贡佛林特微植物群等。采用化学方法，人们于60年代在澳洲陨石中发现了十几种氨基酸，还有人分析了5亿年前的三叶虫甲壳里的游离蛋白质。这些研究对探明地球上生命的起源和生物发展都具有重要意义。同时，分子古生物学也逐步形成。

由于前寒武纪地层中蕴藏着丰富的铁矿等矿产，所以对前寒武纪地质史的研究不仅有理论价值，而且也有重要的经济意义。

2.海洋地质学与海洋调查

海洋地质学是研究海岸和海底的地质、地貌的一门科学。第二次世界大战以后，随着军事、海洋渔业及石油等海底资源开发的日益增长的需要，海洋地质学发展异常迅猛。

海洋调查始于19世纪70年代。英国的"挑战者"号在环球航行期间，进行过较大规模的深海调查。此后，不少国家都开展了海洋调查。1947-1948年，瑞典的"信天翁"号进行了海洋综合性调查，获取了相当丰富的海洋资料。

第二次世界大战中潜艇的频繁活动、声纳的发明、50年代海上石油勘探的广泛进行，使人们对海洋有了进一步的认识。海洋地质学逐步成为一门独立学科。60年代以来，人们应用海底探测新技术，开展大规模的国际性联合大洋综合调查和勘探，获得了许多新资料，并发现了遍及各大洋的洋中脊、洋底磁异常条带、地幔对流和海底沉积物厚度变化的规律。1968年到1977年，美国的"格.挑战者"号钻探船航行25万海里，遍及世界各大洋，在海底钻探429处，总进尺达62.5万英尺，获取了大量的大洋底沉积层和玄武岩样品，同时还进行了其他考察工作。大量海底考察资料表明，所有海洋盆地岩石样品都不老于1.6亿年。离洋中脊越远，海底沉积层的地质年代就越老。

他们还发现，自白垩纪以来，南大西洋板块单侧扩张速度为2厘米／年。这些发现为海底扩张学说的提出提供了大量证据。

潜水调查在当代也有很大发展。1949年，瑞士人皮卡尔(1884-1962)研制成可以自行升降的深潜器。1960年，他的儿子J.皮卡尔与其他美国人一起，乘坐"的里雅斯特"号深潜器下潜到上万米深的马里亚那海沟。1971-1974年的"法美洋中脊潜水研究"规模宏大，取得了丰富成果，其中有大洋裂谷的第一手资料。这些资料对板块边界扩张的研究起了重要的推动作用。这次潜水研究的另一项重大成果是证实了火山活动把地球深处的新物质沿着大裂谷的中线喷射出来。日本建造了以考察海底矿物资源和研究海洋生物等为目的的6500米潜水船"深海6500"号及支援船"横须贺"号，1989年4月开始试航。

在海洋调查和勘探过程中，人们发现了极其丰富的海洋矿产资源。1872年，"挑战者"号首先在大洋中发现锰结核。它是一种含有20多种有用元素的结核体。1974年，日本对冲绳以东海域和其他海域的调查发现，锰结核密度为5-26公斤／平方米，平均粒径为2-4厘米。锰结核还以每年1000万吨的速率在生长着。

海底石油和天然气的开发近几十年也蓬勃发展。现在石油、天然气的勘探和开采多在大陆架和浅水海域。1968年，美国的"格.挑战者"号在墨西哥湾的3000米深的海域钻探，发现了含油沉积层，表明深海区也可能有石油。1948年，瑞典在红海裂谷地区2000米深的深海中发现了重金属软泥。它是一种富含铁、锰、金、银等多种金属的未固结的泥质沉积物，其储量很可观。