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21世纪地球科学十大挑战:生命起源仍是谜

作者:文学论文
出处:www.lunrr.com
时间:2020-02-07
作者:杨晓文来源:新浪科技发布时间:2008

21世纪地球科学的十大挑战:生命的起源仍然是个谜

北京时间3月14日消息。据国外媒体报道,美国国家科学研究委员会(National Council for Scientific Research)3月12日发布的最新报告确定了在促进地质学和行星科学方面需要回答的十个优先问题。这些问题旨在反映21世纪初地球科学面临的重要科学挑战,指出地球科学的现状、如何实现既定目标以及未来的发展方向。

加州大学伯克利分校地球化学教授、报告起草委员会主席唐纳德德帕罗(Donald Deparro)说:“在过去的20年里,各个方面都取得了巨大的进步。我们现在可以从微观和宏观的角度研究这个问题,并为地球绘制一个更好的蓝图,例如识别矿物中的单个原子,或者观察大陆漂移和海拔。为了在这一领域取得进一步进展,我们应该回顾历史,提出更深刻的基本问题,例如地球和生命的起源、行星结构和动力学以及生命与气候的关系。”

该报告是应美国能源部、国家科学基金会、美国地质调查局和美国航天局的联合要求起草的。起草委员会选择了各种问题,但没有特别考虑涉及特定机构的问题。相反,它涵盖了从过去到现在和未来的各种空间尺度从原子到行星和时间尺度。委员会对地质领域进行了广泛的调查,最后仔细挑选了10个问题。

该报告称,其中一些问题可能几十年都不会被科学家理解,而其他一些问题可能会在几年内取得更重要的进展。委员会没有对这十个问题进行优先排序,下面只列出了相关的解释性论点,也没有建议解决这些问题的具体措施。

1。地球和其他行星来自哪里?

虽然科学家普遍认为太阳系中的恒星和行星来自同一个星云,但他们对地球是如何获得其化学成分的了解还不够,他们仍然无法理解地球的演化和其他行星之间的差异。此外,尽管科学家现在有了可靠的行星形成模型,但只有通过对太阳系主要部分和太阳系外天体的进一步观察,他们才能深入了解地球和太阳系的起源。

2。地球“黑暗时期”(地球诞生后的第一个5亿年)到底发生了什么?

科学家认为,在地球形成的后期,另一颗行星与地球相撞,导致碎片形成月球,融化地球形成核心。这一时期对于解决行星演化之谜非常重要,特别是地球是如何形成大气层和海洋的,但科学家对此知之甚少,因为这一时期的岩石几乎没有保存下来。

3。生活是如何开始的?

生命的起源是科学史上最好奇、最困难和最持久的问题之一。关于生命形成的地点、时间和形式的唯一证据来自地质研究和对岩石和矿物的调查。为了帮助回答这个问题,科学家们还对火星进行了一次调查。火星上关于行星早期历史的沉积记录早于地球上最古老的岩石和其他有行星的恒星系统。

4。地球内部是如何工作的及其对地球表面的影响?

科学家知道地幔和地核总是在对流运动。地核的对流产生地球磁场,这可能会影响地表条件。然而,地幔对流引起火山和造山运动,形成海床。然而,科学家既不能准确描述这些运动,也不能计算它们在过去的差异,这为他们理解地球的历史状况和预测地球表面的未来环境设置了层层障碍。

5。为什么地球有板块构造和大陆?

尽管板块构造理论相当完善和成熟,科学家们仍然想知道为什么地球有板块构造及其与地球其他方面的密切联系,例如充足的水、大陆的存在、海洋和生命等。此外,科学家们仍然不知道大陆形成的最初时间,大陆如何能够存在数十亿年,以及它们在未来将如何演变。这些都是极其重要的问题,因为大陆地壳的风化在调节地球气候方面起着重要的作用。

6。物质特征如何限制地球的进步?

科学家现在认识到,板块构造和地幔对流等宏观行为源于地球材料的微观特征,包括其原子结构的最小细节。理解物质的微观特征对于理解地球的历史和对未来行星过程的变化做出合理可靠的预测是非常必要的。

7。什么导致气候变化,气候变化的程度有多大?

在过去40亿年的大部分时间里,地球表面的温度变化相对较小,但从长远来看,我们如何才能将气候变化限制在人类能够控制的范围内,即使它可能会发生非常剧烈的变化?对历史上地球极端气候的研究当它非常冷或热或当它迅速变化时可能会提高气候预测模型的准确性。气候预测模型使科学家能够预测气候变化的幅度和后果。

8。生命如何改变地球,地球如何改变生命?

地质学和生物学的确切互动方式仍然是个谜。科学家对生命在向地球注入氧气以及通过风化和侵蚀改变地球表面方面的作用非常感兴趣。他们还试图了解地质事件是如何导致大规模灭绝的,以及地质事件是如何影响进化过程的。

9。人类能预测地震、火山爆发及其后果吗?

科学家们在预测未来地震的可能性方面取得了巨大的进展,但也许他们永远无法预测地震的确切时间和地点。尽管如此,科学家们仍在继续破解诸如断层的开始和停止过程以及大地震附近的震动强度等难题。至于火山爆发,地质学家也提高了他们的预测能力,但他们也面临着如何对岩浆活动(从上地幔的岩浆源通过地壳到爆发发生的地表)有一个深刻而清晰的了解的挑战。

10。流体流动和运输如何影响人类环境?

自然资源和环境的合理利用和管理要求科学家掌握地面和地表流体行为的相关知识。与此同时,科学家希望最终开发出能够预测这些自然系统性能的数学模型。然而,很难确定地下流体在不同类型的岩石和土层中的分布、它们的流速、它们输送溶解和悬浮物质的效率以及化学和热与宿主地层相互流动对它们的影响。

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