地球：袖珍小传
下面我们将谈及严重的、全球性的地球物理灾难。实际上，它们只不过是普通自然现象的放大。为了方便理解，我们需要了解一些地球和地球运动的知识。在这里，我们将快速穿越46亿年的地球历史，同时阐述那些使我们的世界如此危险、使我们的未来如此难以捉摸的地球特征。首先，只要想想地球漫长的历史，就能体会到我们以往未曾经历过一些自然灾害并不代表它们从未发生过，也不代表它们以后不会发生。地球的历史极其漫长，自然界已经发生过的事情还会重演。为了更形象地比较地球和人类的历史，我在此套用以前使用过的一个比喻。设想用一组正在进行1,500米（三圈半）赛跑的选手来代表地球的整个历史。在第一圈，地球是一片贫瘠的荒原，到处是小行星撞击和火山爆发。在第二圈，地球开始冷却，海洋逐渐形成，并出现了最简单的生命形态。铃声响了，运动员冲到了最后一圈的最后一条直道，这时进入了地质学中的寒武纪（Cambrian），它标志着多样化的生命形态的爆发。运动员发起最后冲刺，恐龙出现了，随后又在领跑者距离终点25米时消失。那么，人类又在哪里呢？我们最古老的祖先出现在比赛的最后一刹那，也就是筋疲力尽的冠军撞线的那一刻。
自从几十亿年前第一个单细胞生物出现在毒气笼罩下的闷热的化学溶液中以来，生命就一直为了生存和进化同各种可能致命的地球物理现象进行不懈的斗争。直到今天，除了全球灾害发生频率可能有所变化，几乎没有其他任何变化，地球上的很多生物每天仍然面临生命、财产或生活的威胁，这些威胁来自火山、地震、洪水和风暴。过去，各种自然危害不断摧残着人类，构成了对人类未来发展的威胁，这些灾害究其根源可上溯到40亿年前太阳系的诞生和地球（最初是一个环绕初期的太阳运行的圆形大石头）的形成。就像太阳系的其他行星一样，地球可被看作彩票中奖者，起初宇宙中有亿万个大石头，只有九个得以成长和演化，其中之一就是地球，而其他石头则在惊人的碰撞中粉身碎骨，或者被少数几个质量大一些的幸运者卷走，因为这些石头有着更强大的重力常这种称之为吸积的卷走过程涉及地球和其他行星，它们通过与质量小一些的石块碰撞而增加其质量，这一极端激烈的过程早在40亿年前就已基本完成，这对我们来说是幸运的。之后，太阳系趋于平静，只有极少量的碎片在穿梭，高速冲刺与行星撞击大幅减少。然而，地球与小行星和彗星的激烈碰撞则贯穿着地球的地质记录。小行星和彗星分别是岩石体和岩石冰体，它们在太阳系早期激烈的清洗过程中幸存下来。正如第五章要讨论到的，人们长期以来一直认为这种碰撞是过去5亿年大量物种——也包括恐龙——灭绝的原因。而且，我们现在仍然面临着小行星和彗星撞击地球的巨大威胁。已经确认有超过718个具有潜在危险的小行星（Potentially Hazardous Asteroids: PHAs）可能会运行到距离地球很近的危险位置，其中就包括新近发现的“毁灭者”（Aphophis），它将在2029年4月13日从我们的通信卫星轨道内通过。
最初的地球应该很像我们所能想到的最可怕的地狱，而不是今天这颗蔚蓝的星球。碰撞以及地球内部放射性元素的高度浓缩所产生的巨大热量使得整个地球被翻滚的岩浆海所覆盖，熔岩深度约为400公里。这个时期的地球温度接近5,000℃，与某些较冷星体的温度相当。当熔岩与寒冷的太空相遇，温度自然会骤降，从而使这片岩浆海的最外层固化为一个薄壳。虽然薄壳下不断翻滚的岩浆流一次又一次地将薄壳撕成碎片并再次滑入熔岩的大漩涡，但是大约27亿年前，一个更稳定持久的地壳终于形成并逐渐变厚。在地壳下面的高温熔岩中，熔岩热对流继续翻动，将热量从地球深处的放射源传输到逐渐增厚的刚性外壳，从这里通过辐射进入太空。由于这些混乱的熔岩流动，地球的最外层从来就不是一个完整的壳，而是由分离的、在缓慢的熔岩对流之上相互运动的岩石板块组成。
在地球外壳形成的同时，地球深处也发生着重要变化。在这里，以铁和镍为主的重元素在重力的作用下慢慢向中心沉降，形成了地球的金属核心。在该核心的中心部位形成了一个以固态的铁和镍为主要元素的球，而核心的外层由于压力和温度条件则保持熔化状态。作为流体，它同地球一起旋转，并且在此过程中产生了地球磁常地球磁场屏蔽了来自太空的辐射，保护了地球表面的生命，也为人类提供了可靠的航海手段，如果没有这种航海手段，探险和回家之路对我们勇于开拓的先辈们来说将更加曲折。
在过去的几十亿年内，地球则非常安静，地球内部和表面的结构和地球物理过程没有发生很大的变化。地球内部有三重结构：地壳由低密度岩石中的矿物质组成，主要成分是硅酸盐，这些矿物质由火山活动、沉积和掩埋而形成。地幔的一部分是熔岩，由高密度的矿物质构成，包括硅酸盐和以铁、镍为核心的、含有其他杂质的混合物。地球内部放射性元素的衰变会不断产生大量的热量，这些热量在释放过程中就形成了频繁侵袭人类社会的各种自然灾害，所以，自然灾害的发生源于地球自身的需要，如同在地球形成初期，热量通过地幔中熔岩的热对流被输送到地球表面。这些热对流促使巨大的岩石板块在地球表面运动，从而支持了板块构造学说（plate tectonics），地球物理学家常依托此学说建立理论框架，从而解释地球本身的地质活动。
地球板块构成了地壳和地幔最上部的固体部分（通称为岩石圈），它们与地震和火山等重大地质灾害直接相关，这些灾害主要集中在地球板块的边缘，那里有可能存在多种相互作用。例如，两个板块可能由于急速的摩擦而聚积张力，并通过毁灭性的地震周期性地释放这种张力。容易发生地震的圣安德鲁斯断层就属于这种稳定性板块边缘，它将加利福尼亚西部与美国其他地区分割开来；土耳其的北安纳托利亚断层是另外一例，其最近的一次运动引发了1999年的一次大地震。另一种情况是两个板块可能迎头相撞。如果两个板块都是由低密度花岗岩构成的大陆，如印度洋板块和欧亚大陆板块，那么，碰撞就会形成高海拔的山脉——喜玛拉雅山脉就是这样形成的，同时产生大地震，如2001年1月印度普杰地区遭受的毁灭性大地震。另一方面，如果一个由高密度玄武岩构成的海洋板块与一个低密度的大陆板块相撞，这时前者就会向下冲，插入到温度很高、呈对流运动的地幔中。当一个板块插入另一个板块的下面（此过程称为俯冲）时，就会引发世界上强度最大的地震。这类地震包括1960年的智利大地震、1964年的美国阿拉斯加大地震，最近一次则是2004年苏门答腊岛（印度尼西亚）的大地震，这三次大地震都引发了毁灭性的大海啸。整个太平洋板块四周一直持续着这种俯冲过程，使得阿拉斯加、日本、中国台湾、菲律宾、智利和其他环太平洋地区成为地震高发区。这种侵蚀性板块边缘也产生了大量的活火山——之所以称为侵蚀性是因为在两个板块的碰撞过程中其中一个会被毁灭。虽然这些地区的熔岩形成机制有时很复杂，但最终还是由俯冲过程产生。当俯冲板块被向下挤入温度很高的地幔中时，一部分俯冲板块将被熔化。由于其密度低于周围的岩石，通过这种途径形成的新生熔岩将会上升，在火山处冲破地球表面。这种火山喷发通常是爆炸性的，并且危害较大。由好几百座活火山和休眠火山组成的火山带环绕在太平洋周围，组成了著名的火山环，其他火山则位于加勒比海和印度尼西亚的俯冲带上。几乎所有大规模的、致命的火山喷发都发生在这些地区，近期的火山灾难发生在皮纳图博（菲律宾，1991年）、拉包尔火山（巴布亚新几内亚，1994年）和蒙塞拉特岛（加勒比海，小安的列斯群岛，从1995年到的写作时期）。
为了补偿一些板块的消耗，必须有新的岩石产生。新岩石产生于所谓的扩张性板块边缘，新的熔岩将沿着这些板块边缘由地幔上升、固化，然后将两边的板块推开。这一过程发生在海洋深处的大洋中脊系统，即一条长为4万公里的线性隆起网状系统。在这里，新产生的次板块正好与侵蚀性板块边缘在地幔中的损耗相平衡。大洋中脊系统的一个主要部分穿过大西洋的中部，平分了冰岛，将东部的欧亚板块和非洲板块与西部的北美洲和南美洲板块分开。这里同样也有火山和地震发生，但火山爆发的规模往往相对适中，地震的震级也较校受下面的地幔热对流的驱动，这些板块在地球表面以指甲生长般的速度永无休止地漂移，不断塑造着地球的外观，如果时间足够长，它们足以使地球上每个角落都出现地震和火山爆发。
