地球的起源

球粒隕石與地球年齡

球粒隕石與地球年齡
私立方濟中學地球科學科 李煥基教師/國立臺灣師範大學地球科學系 傅學海教授責任編輯

大家一定經常聽說地球的年齡為46億年。但是事實上地球上的草木土石,年齡都遠遠比這個數字年輕。例如海洋地殼年齡不老於2億年,大陸地殼最老也只有38億年。那麼「地球的年齡是46億年」這個數字是如何來的呢?因此,這篇文章的重點就在於說明:科學家如何及為何利用球粒隕石得知地球的年齡?

地球的年齡

地球的年齡 (Tha Age of Earth)
國立臺灣師範大學地球科學所科學教育組任欣怡碩士生/國立臺灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

十七世紀的Vico 是對人類社會進行歷史分析的先驅者。Buffon以地球為依據,估計一個從假定早期融熔開始的冷卻速度,計算出地球的年齡為75000年。在敬神論者的心中,啟蒙運動關於地球有悠久過去的觀念與法國的政治事件有牽連。結果18世紀末,在大不列顛倒出現了反對大陸無神論影響的運動。

Cuvier和其他突變論者的工作已經證實在人類出現之前,地球本身就經過了一系列世界組成的歷史過程。這個新的時間觀念完全是革命性的,它形成了19世紀早期地質學家的共識。但隨著Scrope和Lyell 的著作問世,開始產生分歧。雙方都認為要使得他們所研究的侵蝕和沈積現象得以形成,就需要很長的時間。

大滅絕(Mass extinction)的爭論(下)

大滅絕(Mass extinction)的爭論(下)
國立台灣師範大學地球科學研究所張文馨碩士生/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

支持地球內部因素乃是造成生物滅絕主因的科學家,在1980年代提出反駁隕石撞擊說的論點,Katerina PerchNilsen認為在白堊紀滅絕事件後,仍有一些殘留下來的浮游性生物在經過幾千年後才滅絕。顯示,滅絕事件並非突發、短暫的。
美國博物館館長Norman Newell提出三點來反駁隕石撞擊說:
1.滅絕持續幾百萬年,並非災變的結果。
2.分析銥元素異常的物理取樣只侷限在K-T界線,樣本過少並不令人信服。
3.沒有確切的地球上的證據顯示有撞擊證據(隕石坑)。

大滅絕(Mass extinction)的爭論(中)

大滅絕(Mass extinction)的爭論(中)
國立台灣師範大學地球科學研究所張文馨碩士生/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

一派認為,生物滅絕的原因來自地球內部,西元1954年,美國地質學家Moore(1892-1974)提出古生代晚期海洋動物群的滅絕,主要是因為淺海面積限制了生物群的發展。西元1967年,美國博物館館長涅沃(Norman Newell,1909-2005)則認為環境變遷造成的滅絕是世界性的,並提出除了古生代、中生代的滅絕事件之外,還有寒武紀、奧陶紀、二疊紀以及三疊紀末期,各有一次生物滅絕事件。

大滅絕(Mass extinction)的爭論(上)

大滅絕(Mass extinction)的爭論(上)
國立台灣師範大學地球科學研究所張文馨碩士生/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

西元十九世紀開始,科學家有關大滅絕的爭論重點,著重在有沒有生物滅絕這件事上面,有人認為不同年代的生物化石之所以擁有差異極大的器官特徵,其原因在於生物是緩慢演化的,所以生物化石才會有不同特徵的器官。而另一派科學家卻認為,地球歷史上經歷了幾次突發性的災變,導致大量的生物滅絕,所以才會在同一地點不同岩層中發現器官特徵差異極大的生物化石。

主張沒有大滅絕事件的代表人物以拉馬克為主,西元1801年,生物學家拉馬克(Lamarck,1744-1829)在他動物哲學的著作中提出生物進化理論,內容包括「用進廢退說」以及「遺傳論」,他認為生物體器官的增進與萎縮,跟其使用的頻率有關,而且器官的改變可以遺傳,他也同時提到,生物的進化過程是非常緩慢的。

大滅絕

大滅絕 (Mass Extinction)
臺灣師範大學地球科學所科學教育組 林蓓伶碩士生/國立臺灣師範大學地球科學系 劉德慶教授責任編輯

大滅絕指的是單一物種完全的消失,也就是絕種。從地質年代的記錄,我們了解地球曾經發生過五次大滅絕,我們稱之為「big five」。

  1. 恐龍大滅絕:發生在白堊紀晚期至白堊紀第三紀之間,為距今最近的一次大滅絕,也稱為K-T大滅絕。這一次的滅絕讓地球上近半數的生物物種死亡,尤其是當時的優勢大型物種,最有名的即是恐龍的滅絕。也是從此次的大滅絕後,哺乳類登上歷史舞台,鯊魚也才成為海中霸主。因為唯有那些巨型食肉爬行類動物滅絕後,其他動物才有出頭的機會。目前,認為當時大滅絕的原因是由於小行星的撞擊,另一種說法是地球內部岩漿的爆發。

水成論與火成論 (Neptunism VS. Plutonism)

水成論與火成論 (Neptunism VS. Plutonism)
國立臺灣師範大學地球科學所科學教育組 任欣怡碩士生/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

水成論的主要支持者為德國的科學家維爾納 (Abraham Gottlob Werner),維爾納先生對礦物的型態、成份、分類和用途,做了很多研究。他認為在地球剛形成時,地表被原始海洋給掩蓋,溶解在其中的礦物質經過結晶作用,形成岩層。

均變論(Uniformitarianism)

均變論(Uniformitarianism)
國立台灣師範大學地球科學所科學教育組林蓓伶碩士生

均變論  均變論(Uniformitarianism)在科學哲學上的假定是自然作用在現在時間中的運作與過去時間中的運作是相同的。均變論在方法學上時常被定義為"現在是通往過去的一把鑰匙"

  和均變論相仿的地質概念可追溯自1072年波斯地質學家Avicenna的著作醫療之書(The Book of Healing)。其後均變論被18世紀末蘇格蘭的博物與地質學家James Hutton系統化,而James Hutton的理論之後被John Playfair精緻化並在1830被Charles Lyell的地質原理通俗化。而均變論(Uniformitarianism)這個名詞的產生是由William Whewell在1832年所創造的,他同時也是災變論名詞的創始人。

均變論的四大主要內涵

  均變論雖然常常被看做是一個單一的概念,但實際上他是由四個同系統但不同概念的內涵所合成的理論。古生物與進化理論學者Stephen Jay Gould在1965年的文章中描繪了他的四個主要內涵

1相同的法則(Uniformity of law)
2相同的種類(Uniformity of kind)
3相同的程度(Uniformity of degree)
4相同的結果(Uniformity of result)

第一個內涵已快速的成為科學家共識的一部分,但第四個內涵卻普遍被19世紀中葉前的科學家所拒絕。第二個特別是第三個內涵時常被不相信此假定的科學家所質疑,但在20世紀後卻有越來越多的科學家支持他們。