《地球的故事三部曲》
“地球的故事”由法布尔所著,旨在向读者通俗易懂地介绍地球科学的基础知识。第一册主要探讨地球的形状、大小、以及其在太空中的运动,例如自转和公转,并解释了昼夜交替和四季的成因。
第二册则着重于探讨物体为何会坠落,引出了地球引力的概念,并进一步讨论了月球围绕地球运行的原因。 第三册深入地球内部,解释了地球内部的热量来源,以及由此引发的地震等地质现象,并探讨了陆地为何不会沉入海底。
总体而言,这部作品以生动活泼的语言,将复杂的地球科学原理娓娓道来,旨在激发读者对自然世界的好奇心和求知欲。
本书旨在以生动有趣的方式向读者普及地球科学的基础知识,涵盖地球的形状、运动、地貌特征(山脉、河流、海洋、火山、地震等)、地球内部结构、地质演变以及极地环境等多个方面。作者强调观察自然现象,鼓励思考其背后的科学原理,并赞叹大自然的伟大力量。
第一部分:地球的基本属性与运动 (地球的故事(一))
- 地球的形状与大小:
作者首先驳斥了儿童时期可能存在的关于地球是扁平的、天空与地面相接的幼稚想法。通过类比橘子表面与地球表面的不规则性,强调“地球是圆的”。他指出,即使地球表面有山脉,相对于地球的巨大体积而言,这些起伏也微不足道。例如,用一个直径2米的球体代表地球,珠穆朗玛峰的高度仅相当于其表面上“一粒直径只有1毫米多的沙子!”
- 地球在太空中的悬浮:
作者提出疑问,地球为何不会掉落?他解释道,地球周围是“广阔的天空、无边无际的空间”,在这样的环境中,没有“上”和“下”的概念,因此地球不会向任何特定方向坠落。他总结道:“地球是球状的,而且是独立存在于太空中的。”并给出了地球的周长(4万千米)和半径(6366千米)。
- 物体掉落的原因——地球引力: 作者通过《橡果和南瓜》的寓言故事引出物体掉落的普遍现象。随后以牛顿和苹果的故事为例,强调“上帝都是按照数量、重量以及质量来安排一切事物的,天体都是遵循一定的力学定律才能够有规律地运动的。”他指出,无论物体从多高的地方落下,最终都会落向地面。
- 空气阻力的影响:
作者通过对比石头、木头、烟、云和气球的运动,解释了空气阻力对物体下落的影响。“现在地球上的我们就好像处在浩瀚的海洋底部一样,因为地球的周围就是一片大气海洋,而我们就在大气海洋的底部。因此,比周围空气轻的烟和云朵当然会从大气海洋的底部上升,就像在海底的木头会浮到海面一样。”通过硬币和纸片的实验,证明“如果没有空气阻力,所有的物体下落的速度都是一样的。”
- 地球引力的方向:
作者利用铅垂线的原理说明物体是垂直落向地面的。由于地球是球形的,不同的地点的“垂直”方向都指向地球的中心。“既然物体都是垂直地落到地球表面,那么落下的物体肯定都会往地球中心移动。”他强调,这种向心力是“地球的引力”,是“整个地球的所有部分共同作用的结果”。
- 月球为何不掉下来:
作者解释说,月球虽然受到地球引力的吸引,但同时也在做圆周运动。“月球围绕着地球转的原理就跟系在绳子上的石头做圆周运动的原理一样”。地球引力不断改变月球的运动方向,使其围绕地球运行,而不是直接坠落。作者引用诗人拉马丁的诗句,将天体的运行归因于“上帝赐予的神秘的力量”。
- 地球的每日运动——自转: 作者纠正了太阳和星星围绕地球转动的表面印象,指出是“地球本身自西向东自转”,导致我们产生了天空自东向西旋转的错觉。他用陀螺的运动和房间内旋转橘子的昆虫的例子来形象地解释地球的自转。“正是由于地球本身的自转,才形成了白天黑夜”。
- 寻找地轴与极点:
作者解释了地轴是地球自转的假想轴线,极点是地轴与地球表面的交点。他介绍了通过北斗七星(大熊座)寻找北极星(小熊座尾巴末端的P星)的方法,北极星在天空中几乎静止不动,靠近地轴的延长线。“地轴就在这颗星星的附近”。地球两极的名称也与大熊座相关。
- 地球的形状——两极扁平: 作者通过钟摆实验证明地球并非完美的球体,而是“中间膨胀、两极扁平的球体”。“钟摆在北极的摆动次数比赤道的多,说明它在北极摆得更快,这就证明了北极的地球引力比赤道的地球引力大。换句话说,北极比赤道更接近于球心。”他认为地球早期的液体状态是导致这种形状的原因。
- 地球内部的物质分层:
作者用装有油、水、汞和空气的瓶子的实验说明“地球外部以及内部物质都是按照质量的大小进行排列的。”最重的物质位于地球内部的更深处。“组成地球内部结构的物质比组成地球表面的物质的质量大,而且越深的地方,质量越大,也就是离地心越近越重。”
第二部分:地貌的形成与变化 (地球的故事(二))
- 火山的作用:
作者认为火山是地球内部压力的“安全阀门”,可以释放地球内部的气体和炽热物质,减少地震的破坏力。“火山堪称最安全的阀门,因为它可以削减地球内部熔炉爆发的力量。”他生动地描述了火山爆发的景象,包括火焰、火花和岩浆的喷发。
- 火山喷发后的地貌:
作者描述了火山喷发后形成的各种地貌,如火山口湖、覆盖植被的老火山口以及遍布熔岩流的区域。他提到了奥弗涅火山和维苏威火山等例子。
- 地球外壳的形成与不规则性:
作者比喻地球内部流体物质对地壳的作用如同苹果逐渐变干、表皮长满褶皱的过程。“地球内部的流体物质对地壳的作用过程就跟苹果逐渐变干、表皮长满褶皱的过程是一样的。”地壳的断裂和内部物质的挤压形成了陆地、海洋和山脉。
- 地球内部活动与地表变化:
作者强调地球内部的“地下熔炉活动”从未停止,导致地表持续发生变化,包括地震和地壳的隆起与下沉。“地面到处都有持续的轻微震动,迟早有一天,整片陆地会因为地球内部流体的运动而动摇。”他列举了智利康塞普西翁海岸在地震后隆起的例子,以及斯堪的纳维亚半岛地表持续上升的现象。
- 深成岩与沉积岩:
作者介绍了构成地球外壳的两种主要岩石类型:由地球内部熔岩冷却形成的“深成岩”(也称冥王岩),如花岗岩;以及由海底沉积物固结形成的“沉积岩”(也称海王岩),如石灰岩、粉笔和砂岩。他详细描述了它们的形成过程、结构特征和成分差异,并用表格进行了总结。沉积岩中常常含有“石化了的有机生物的遗体”,即化石,而深成岩中则没有。
- 山脉的形成:
作者解释了山脉形成的主要方式:一是“褶皱”,即地壳受到横向压力时,地层像被夹住的书页一样向上隆起;二是“断裂”,伴随着深成岩的侵入,地壳发生断裂,形成山脉的框架和山峰。阿尔卑斯山脉和比利牛斯山脉是混合形成的例子。他还提到了地质年代的概念,不同的山脉形成于不同的时期。
- 河谷与平原的形成:
作者认为河谷的形成并非仅仅是河流冲刷的结果,更主要的是“地下的强烈震动”,即地球内部的岩浆活动导致地壳产生褶皱和断裂,开辟了水道。“地球内部的岩浆活动使地球外壳产生褶皱、断裂,在地面开出了水道,切断了山脉,从而形成了今天的微波粼粼的小溪流经的无数通道。”他区分了纵谷和横谷,以及因流水冲蚀形成的较浅的河谷。平原的形成与海洋的退去和沉积作用有关,并举例描述了广阔的南美大平原。
- 勃朗峰的攀登经历:
作者以生动的笔触叙述了索绪尔攀登勃朗峰的艰辛和体验,包括对高山环境的观察、冰雪的危险以及登顶后的壮丽景色。这段描述穿插在对山脉形成的科学解释之中,展现了人类探索自然的勇气和毅力。索绪尔的经历中充满了对自然力量的敬畏,例如夜间听到山体破裂的声音和对雪崩的恐惧。登顶后,他进行了预先准备的科学实验,体现了探索的科学目的。
- 雪、冰川与大川(河流):
作者解释了雪作为河流水源的重要性,它能够缓慢融化,持续供水。“雪可以储备起来,慢慢融化,单独为河流在无限的时间里提供必要的供水。”他描述了雪线的高度随纬度和气候的变化,并解释了为何山顶的雪从底部开始融化,以及雪崩的形成和危害。冰川被认为是“固体形态的河流”,通过冰床的倾斜和冰的膨胀力缓慢移动,对地表进行侵蚀和塑造。河流的形成是泉流和小溪汇聚的结果,最终流入海洋,构成地球的水循环系统。作者还描述了河流可能遇到的障碍、地下河以及河流入海口形成的三角洲。他用连通的容器和高架水槽的原理来解释天然和人工喷泉的形成。地下水的存在和自流井的原理也得到了阐述。
第三部分:海洋与极地 (地球的故事(一)及(三)节选)
- 大海的奇观:
作者描绘了海洋中各种奇特的景象,包括发光的夜光虫和火体虫,展现了海洋生物的神奇和美丽。“在海浪中,到处都是发光的夜光虫云朵和彩带。”
- 珊瑚岛的形成:
作者介绍了珊瑚虫这种微小的生物及其建造珊瑚礁和珊瑚岛的巨大能力。珊瑚虫通过分泌石灰岩来建造它们的住所,数以千计的珊瑚虫共同生活在同一个珊瑚体中,形成“相互依存的城市”。珊瑚通过发芽和产卵的方式繁殖,不同种类的珊瑚形成各种各样的形状。“没有什么比它们的各种各样的形状更让我们大开眼界的了。”
- 潮汐的现象与原因:
作者解释了潮汐是由于月球和太阳的引力作用引起的海洋水位的周期性变化,其中月球的引力是主要因素。“月球吸引地球,月球也吸引地球,那么后者的引力大一些,就会控制它的卫星,但是不可否认的是卫星也对地球产生引力。”他解释了涨潮和退潮的原理,以及高潮和低潮的现象。
- 极地地区的环境:
作者描述了极地地区的严寒、漫长的极夜以及独特的自然景观,包括巨大的冰山。“在地平线上最远的一端,除了冰,什么也没有。到处都是三四十米高的冰山。”他提到了在极地探险中遇到的危险,如冰山的碰撞和恶劣的天气。
- 极地冰山的形成与移动:
作者解释了极地冰山是由于陆地冰川延伸到海洋后断裂形成的,它们可以携带岩石等物质漂浮在海面上。“前进的冰川的一端会悬在海上方,就像被海浪破坏的海角一样。但是不久后,它就会发出一阵巨大的声响,在空中回荡,造成海面震动。”冰山的移动受到洋流的影响,特别是北大西洋的墨西哥湾流及其冷却后的回流。
- 极地洋流:
作者解释了极地地区存在着分层的洋流,暖流在表层,冷流在深层,这是由于海水的盐度和温度差异造成的。“从极点出发的寒流会浮在海面上,而从墨西哥海湾出发的暖流会在海底前行。”
- 极地探险的艰辛:
作者生动地描绘了极地探险者面临的严酷挑战,包括严寒、黑暗、冰雪、以及可能遇到的危险生物。他赞扬了爱斯基摩狗在极地探险中的重要作用,以及人类在极端环境下生存的坚韧意志。“人类有一个忠实的仆人让他和这一切作斗争,既不怕严寒也不怕漫长的极夜。这个仆人就是爱斯基摩狗”。
最重要 ideas 和事实:
- 地球是近似球体的,其表面的不规则性相对于其巨大体积可以忽略不计。
- 地球通过其引力吸引周围的物体,引力方向指向地心。
- 地球的自转产生了昼夜交替,地球的公转(虽然本书节选未详细展开)产生了四季变化。
- 地球内部存在巨大的能量,通过火山、地震等地质活动释放出来,塑造着地表。
- 地球的外壳主要由深成岩(火成岩)和沉积岩组成,它们的形成方式、结构和成分各不相同。
- 山脉的形成是地壳运动(褶皱和断裂)的结果。
- 河谷的形成主要受到地壳运动的影响,河流的冲刷作用次之。
- 海洋是地球水循环的重要组成部分,潮汐是月球引力作用的结果。
- 珊瑚虫是微小的生物,但它们通过分泌石灰质建造了巨大的珊瑚礁和珊瑚岛。
- 极地地区环境恶劣,但存在独特的自然景观和适应环境的生物。冰山的形成和移动受到冰川运动和洋流的影响。
总结:
《地球的故事》以通俗易懂的语言,结合生动的比喻和引人入胜的故事,向读者介绍了地球科学的诸多基本概念和现象。法布尔不仅描述了地球的物理属性和地质过程,也融入了对自然奇观的赞叹和对人类探索精神的肯定。本书强调观察和思考的重要性,引导读者理解地球的奥秘,并体会大自然的伟大力量和精巧设计。