翟明国院士：最熟悉和陌生的地球

文章刊登于《中国科技产业》杂志

202610期“院士专论”

地球，是人类赖以生存、繁衍生息的根基，更是全人类共有的、独一无二的美好家园。我们日日栖身于这颗星球之上，朝夕所见、日常所及，皆是山川草木、万物生灵，看似对它无比熟悉，早已习以为常。可事实上，越是朝夕相伴、触手可及的事物，往往越藏着我们不曾洞悉的深层奥秘。

在漫长的人生与科研岁月里，总能听到大家发出同样的追问：地球到底是什么？地球内部是什么样的？地球从哪里来，未来又会往哪里去？地球最终会走向死亡吗？这些看似简单的命题，藏着地球科学最核心的问题，也藏着每一个人对自身家园的终极好奇。今天，就和大家好好聊聊这颗我们既熟悉又陌生的蓝色星球，解开大家心底的疑惑。

一、地球是什么？

地球是距离太阳最近的第三颗星球，有人类居住的星球，也是第一个有生命的星球。想要真正认识地球，不妨先跳出地球，把目光投向浩瀚太阳系，将地球置于太阳系中。研究太阳系的类地行星，可以更好地了解地球的角色和属性。

太阳系中的行星，清晰分为类地行星与类木行星两大类。所谓类地行星，就是构造、特质与地球高度相似的固态行星，水星、金星、火星，都属于这一范畴。把这几颗星球研究透彻，我们就能更清晰地看清，地球的珍贵与独特究竟在何处。

水星是距离太阳最近的类地行星，因为运行轨道极为特殊，观测难度极大，即便到了科技高速发展的今天，人类对它的认知依旧十分有限。水星自身没有恒定的内在散能量，星球表面温度完全由太阳照射决定：向阳面直面烈日，温度瞬间飙升至400多摄氏度；背阴面远离阳光，气温又骤降至零下170多摄氏度，昼夜温差极端悬殊，是一颗环境极致严苛、毫无生机的死寂星球。

火星是当下人类深空探测的绝对热门，很多人都怀揣着美好期待，希望能在火星上找到地外生命，甚至把它当作未来人类的星际移居地。但从地球科学的客观研究来看，火星完全不具备生命生存的基础条件。这里气候极度干燥，没有液态水，更没有可供呼吸的氧气，全球平均气温低至零下63摄氏度，星球自身内在能量极其微弱，可以形象地比作我国西北的荒漠戈壁：漫天沙尘、干旱荒芜，放眼望去只有连绵沙丘与碎石砾石，别说高等生命，就连维系基础生命存活的环境都不存在，未来也绝无可能成为人类的第二家园。

金星在东西方文明中，都有着极高的关注度。西方将它奉为爱与美的象征“维纳斯”，中国古称它为“太白金星”，民间流传的太白老人长庚的传说，也与它息息相关。夜空中的金星明亮耀眼，看似温柔美丽，可它的真实环境，却堪称太阳系里的“地狱星球”。金星表面平均气温超过400摄氏度，自身还在持续向外释放热能，星球表层更包裹着厚厚的浓硫酸云层，高温、强酸、极端高压，没有任何生命能在这样的环境中存活，彻底断绝了宜居的可能。

看完太阳系的类地行星，我们再回头看身边的月球，更能读懂地球的与众不同。月球是典型的固态星球，正因结构、成因与地球关联至极，不少科学家都把地月称作“太阳系双生子”。关于月球的起源，目前科学界最主流、佐证最充分的，就是地月撞击起源假说。

在地球形成之初的远古时代，一颗原始小行星与早期地球发生了惊天动地的剧烈撞击。两颗星体没有完全融合为一体，而是在剧烈碰撞中交融物质、重塑形态，最终慢慢分离。质量更小、物质更轻的部分，逐渐凝聚演化成了如今的月球；质量更大、核心更完整的部分，则保留下来，形成了我们今天的地球。月球因为质量太小，始终无法摆脱地球的引力束缚，从此成为地球的天然卫星，亿万年来始终围绕地球旋转。

二、地球的组成和内部结构

在内部结构上，月球与地球也高度相似：同样拥有核、幔、壳的圈层构造，星球表面也分为月海和月陆。我们用肉眼看到的月球表面，黑色圆形区域就是月海，明亮斑驳的区域则是月陆。很多人误以为月海是液态水域，其实它是远古陨石剧烈撞击形成的低洼平原；星球表面密密麻麻、遍布全域的陨石坑，更是直接印证了：月球没有像地球一样完整的大气层，没有任何屏障可以抵御天外陨石的撞击，只能赤裸地承受所有天体冲撞。

读懂地球，最关键的核心，是认清地球的圈层结构与圈层互联。研究地球不能把它看成静止、割裂的石块，而要把它当作一个充满活力的有机生命体。地球的圈层，从来不是彼此孤立、互不干涉的，恰恰相反，圈层之间时刻进行着物质交换与能量传递，相互作用、协同运转，才造就了地球的生机与活力。

比如地球内部的核心圈层，会持续孕育岩浆，岩浆顺着地质裂隙喷涌至地表，就形成火山喷发，释放出地球内部的巨大能量；大气圈、水圈、岩石圈彼此联动，才塑造了风霜雨雪、海陆变迁，维系着万物生长。为了让大家更直观理解，用一颗鸡蛋来打比方：鸡蛋的蛋黄，对应地球的核心圈层，是能量与物质的本源；蛋白对应地幔，是物质循环、能量传导的中间纽带；蛋壳则对应地壳，是守护星球表面的外层屏障。三者环环相扣、缺一不可，蛋壳守护内部、蛋黄孕育本源、蛋白输送能量，才共同孕育出完整的生命可能，这就是地球圈层协同共生的本质。

而构成地球岩石圈、撑起整个固态地球的，是三大类岩石，它们更是地球演化的“时光史书”，而且彼此之间可以循环转化，永不停歇。

第一类是沉积岩。自然界的泥沙、土壤、碎石，经过风吹、雨淋、水流搬运，慢慢沉积汇聚，再经过漫长岁月的压实、固化，就形成了砂岩、泥岩；而水中的碳酸钙物质，经过化学结晶、凝聚沉积，就形成了石灰岩这类化学沉积岩。其实这个原理并不深奥，就像我们烧开水时，水壶内壁会结出水垢：水中的钙、镁离子，随着温度升高溶解度降低，慢慢析出结晶、附着在壶壁，和石灰岩的形成逻辑完全一致。

第二类是火成岩。它由地球内部的岩浆直接冷却凝结而成：岩浆冲破地壳、喷发至地表冷却，就是火山岩；岩浆没有喷出地表，在地下深层缓慢冷凝结晶，就形成侵入岩，我们生活中常见的花岗岩、辉长岩，都属于这类岩石。

第三类是变质岩。原本已经形成的沉积岩、火成岩，在地下深处遭遇温度、压力、氧化环境的剧烈改变，内部的矿物成分、晶体结构会被彻底重塑、重新排列，最终就演变成变质岩。

而岩石，又是由更小的矿物构成的。矿物是不同化学元素组合形成的基础物质，拥有固定的化学形态、晶体结构，以及独一无二的颜色、硬度等物理特质。它不只是地质研究的核心对象，更是人类科技发展的关键：既能提炼制造高精尖工业材料，也能形成蓝宝石、红宝石、金刚石等珍贵宝石，与我们的生活息息相关。

这三大类岩石，从来不是一成不变的，它们遵循着恒定的规律，完成地球物质的永恒循环：沉积岩、火成岩、变质岩，在高温高压环境中，会转化为变质岩；火成岩、变质岩，经过风化、剥蚀、搬运、沉积、成岩，又会变回沉积岩；而沉积岩、变质岩在极致高温下重新熔融，又会化为岩浆，冷却后形成新的火成岩。这种周而复始、永不停歇的循环，就是地球岩石圈演化的底层韵律，也是地球保持活力的秘密之一。

三、地球有生命吗？

地球如同生灵一般，有着自身的生命演化历程与自然律动。据科学测算，地球诞生至今已有46亿年，预估还将存续46亿年。地球始终处在持续演化之中，最初只是混沌炽热的星体，随着内部热量不断散发，逐渐形成圈层结构与原始大气。历经数十亿年漫长演变，最终造就了如今海陆分明、万物共生的生态环境。

这种演化进程单向且不可逆转，地球正一步步走完从诞生到消亡的行星生命轨迹，其根本动因是星体内部热量持续消耗。通过研究太阳系内类地行星不难发现，地球幼年时期的样貌与如今的金星相近，步入晚年则会趋近火星，待到生命终结，便会如同沉寂的月球一般。

世间万物皆在运动演变，这一规律不仅得到现代科学印证，在中国流传千年的上古创世神话中亦有体现。譬如盘古开天辟地的传说，便蕴含着古时先民对天地形成、地球变迁以及天体运行规律的细致观察与深刻思考。

比如大家耳熟能详的后羿射日。传说远古天空十日并出，大地酷热干裂、万物枯死，后羿射落九日，只留一轮太阳，人间气温回落，生灵才得以繁衍生存。这并不是单纯的英雄神话，而是古人对地球早期环境的模糊记忆与科学隐喻：地球诞生之初，原本就是一颗极度炽热的星球，经过亿万年的漫长演化，才慢慢冷却降温，最终形成适合生命生存的温度条件。

还有夸父逐日。夸父拼尽全力追逐太阳，却永远无法抵达，始终追不上。这一情节，恰恰暗含了古人对地球形状的朴素认知：地球是球形的，正是因为大地并非平面，而是圆形球体，所以无论夸父如何奔跑，都永远无法追上太阳。这是没有现代仪器、没有航天观测的年代，古人用肉眼观察、用智慧推演，得出的科学认知，是属于中华民族的古老科学智慧。

不止东方，西方的创世传说也同样如此。诺亚方舟的故事里，滔天洪水淹没陆地，惩罚世间生灵，背后其实也印证着“沧海桑田、海陆变迁”的科学真理：地球表面的海洋与陆地，从来不是永恒固定的，而是在地质运动中不断转化、彼此更迭，没有一成不变的地表形态。

近些年来，月球月震的相关研究一直备受科学界关注。即便当下，学界对月震的具体成因还存在部分争议，但这一发现的核心意义，在于它让我们读懂：星体的“生命体特征”，就在于内在能量与地质活动。