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在膨胀过程中，辐射物质逐渐凝聚成星云，进而形成各种恒星体系，成为今
天的宇宙。伽莫夫还预言，由于大爆炸后宇宙有残余的辐射遗留下来，因而
其背景辐射应为绝对温度几度。大爆炸理论在元素形成和星系演化上遇到一
些困难，因此很长时间沉寂无闻。1965年，3K微波背景辐射的发现，使大爆
炸理论东山再起。由于探测到的背景辐与伽莫夫的预言基本一致，所以这一
发现为大爆炸宇宙理论提供了有力的证据。
大爆炸理论能够较好地解释许多重要的观测事实：①星系的退行，即遥
远的星系均以很高的速度在彼此退行，并符合哈勃定律；②宇宙时标，即用
各种独立的方法对各种不同天体测定的时标均在200亿年以内，这与大爆炸
理论推断的宇宙演化年龄相一致；③宇宙中30％的氦丰度，如此多的氦是在
宇宙演化早期高温条件下产生的；④宇宙背景辐射。现在大爆炸理论被多数
科学家接受，称之为“标准宇宙模型”。必须指出，大爆炸理论的立论基础
是星系的光谱红移代表星系离我们而去的退行。但也有人提出“非速度红移”
的观点。所以宇宙大爆炸理论实际上只是诸多宇宙演化假说中的一种。而且
它还有视界困难、磁单极困难等许多问题尚不能回答。
80年代以来，宇宙学又有新的发展。标准宇宙模型对于0秒到1/100秒
宇宙演化的极早期无法说明。新理论则着重探讨宇宙极早期的演化。1981
年，美国的古思提出了“暴涨宇宙论”。后来原苏联物理学家林德等人对它
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加以修正改进。根据暴涨宇宙理论，宇宙在10秒时刻处于暴涨期。这时没
有粒子，没有辐射，只有暴涨（以指数形式快速膨胀）着的高度对称的真空。
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10秒一过，暴涨期结束，真空发生相变，宇宙出现不对称，相变中放出的
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能量转化为辐射和粒子。在10秒后，暴涨宇宙理论与大爆炸理论对宇宙的
描述完全一致。暴涨理论还初步解释了诸如宇宙为何是平直的等大爆炸理论
所不能回答的几个问题。1983年，英国的霍金等人提出了量子宇宙学。它认
为宇宙起源于一个没有时空的物态。所以它讨论的是宇宙在0秒时刻发生的
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事情 （精确地说是0—10秒中发生的事情）。量子宇宙学对宇宙大爆炸发
生的时刻及大爆炸前的状态等问题作了尝试性的回答。暴涨宇宙理论和量子
宇宙学填补了宇宙在0秒到0。01秒间如何演化的理论空白，弥补了标准宇宙
模型的不足。但它们毕竟还远不如标宇宙模型成熟，得到的观测证据还不充
分，许多问题有待于进一步探讨。
3。地球考察的进展
当代开始以来，人们利用各种先进的调查手段，对地球的大陆和大洋进
行了广泛而深入的考察，取得了超过以往任何时代的丰富资料及一些重大发
现，对地球的历史及构造有了更为深刻的认识。
（1）对地球历史的考察
大约6亿年前的地球地质时期称为前寒武纪时期。它是研究地球起源、
元素起源和生命起源问题的重要时期。同位素地质年代学的发展，航天考察
的出现，极大地促进了对前寒武纪地质历史的研究。
1902年，卢瑟福提出了不稳定元素衰变原理，为同位素地质年代学的产
生奠定了基础。1907年，美国的波特伍特（1870—1927）取得了第一个矿物
放射性铅的年龄数据。英国地质学家霍姆斯 （1890—1965）写出了《地球的
年龄》等专著和论文，并于1947年首次提出了地质时间表。他对地球年龄的
估计为45。5亿年。这一估计后来被普遍认可。50年代以来，由于质谱仪和
同位素稀释技术的广泛应用，使地质年代学的研究取得很大成就。1978年，
原苏联在乌克兰发现了地球上距今40亿年前形成的岩石。1990年和 1991
年，美国在加拿大西部和拉布拉多北部发现了39。6亿年前和38亿年前的岩
石。此外，在格陵兰、南极、澳大利亚、中国的辽宁鞍山和河北迁安都发现
了35亿—43亿年前的岩石。这些发现都表明，地球的球壳早在40多亿年前
就形成了。
1969年，美国“阿波罗”登月的成功，为人类认识地球的早期历史又打
开了一扇大门。“阿波罗”6次登月，采集月岩和月壤标本270公斤，并将
月震仪、磁强针、太阳风能谱仪送上月球。通过对月球的综合考察，人们对
月球的构造、矿物和元素都有了深入的认识。60年代以来同位素年龄测定表
明，地球、月球、陨石大约是在46亿年前同时产生的。月球质量小，能量不
足，生成到30岁亿年前左右，演化基本停止，保持了30多亿年前的构造特
征。地球能量大，继续演化，后期的地壳运动破坏了前期的地形、地貌和构
造。因此，月球成为认识地球30亿年前演化历史的重要参照物。
70年代以来，美国、原苏联利用深钻和超深钻技术直接研究古老地盾深
部的构造特征，使对前寒武纪构造分析和分区由地表、近地表的研究进入到
地壳深层和上地幔阶段。
有关前寒武纪古生物地层学的研究也有重大进展。60年代后，人们应用
电子显微镜，发现了许多化石如苦泉群体、贡佛林特微植物群等。采用化学
方法，人们于60年代在澳洲陨石中发现了十几种氨基酸，还有人分析了5
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亿年前的三叶虫甲壳里的游离蛋白质。这些研究对探明地球上生命的起源和
生物发展都具有重要意义。同时，分子古生物学也逐步形成。
由于前寒武纪地层中蕴藏着丰富的铁矿等矿产，所以对前寒武纪地质史
的研究不仅有理论价值，而且也有重要的经济意义。
（2）海洋地质学与海洋调查
海洋地质学是研究海岸和海底的地质、地貌的一门科学。第二次世界大
战以后，随着军事、海洋渔业及石油等海底资源开发的日益增长的需要，海
洋地质学发展异常迅猛。
海洋调查始于19世纪70年代。英国的“挑战者”号在环球航行期间，
进行过较大规模的深海调查。此后，不少国家都开展了海洋调查。1947—1948
年，瑞典的“信天翁”号进行了海洋综合性调查，获取了相当丰富的海洋资
料。
第二次世界大战中潜艇的频繁活动、声纳的发明、50年代海上石油勘探
的广泛进行，使人们对海洋有了进一步的认识。海洋地质学逐步成为一门独
立学科。60年代以来，人们应用海底探测新技术，开展大规模的国际性联合
大洋综合调查和勘探，获得了许多新资料，并发现了遍及各大洋的洋中脊、
洋底磁异常条带、地幔对流和海底沉积物厚度变化的规律。1968年到 1977
年，美国的“格·挑战者”号钻探船航行25万海里，遍及世界各大洋，在海
底钻探429处，总进尺达62。5万英尺，获取了大量的大洋底沉积层和玄武岩
样品，同时还进行了其他考察工作。大量海底考察资料表明，所有海洋盆地
岩石样品都不老于1。6亿年。离洋中脊越远，海底沉积层的地质年代就越老。
他们还发现，自白垩纪以来，南大西洋板块单侧扩张速度为 2厘米/年。这
些发现为海底扩张学说的提出提供了大量证据。
潜水调查在当代也有很大发展。1949年，瑞士人皮卡尔 （1884—1962）
研制成可以自行升降的深潜器。1960年，他的儿子J·皮卡尔与其他美国人
一起，乘坐“的里雅斯特”号深潜器下潜到上万米深的马里亚那海沟。1971
—1974年的“法美洋中脊潜水研究”规模宏大，取得了丰富成果，其中有大
洋裂谷的第一手资料。这些资料对板块边界扩张的研究起了重要的推动作
用。这次潜水研究的另一项重大成果是证实了火山活动把地球深处的新物质
沿着大裂谷的中线喷射出来。日本建造了以考察海底矿物资源和研究海洋生
物等为目的的6500米潜水船“深海6500”号及支援船“横须贺”号，1989
年4月开始试航。
在海洋调查和勘探过程中，人们发现了极其丰富的海洋矿产资源。1872
年，“挑战者”号首先在大洋中发现锰结核。它是一种含有20多种有用元素
的结核体。1974年，日本对冲绳以东海域和其他海域的调查发现，锰结核密
度为5—26公斤／平方米，平均粒径为2—4厘米。锰结核还以每年1000万
吨的速率在生长着。海底石油和天然气的开发近几十年也蓬勃发展。现在石
油、天然气的勘探和开采多在大陆架和浅水海域。1968年，美国的“格·挑
战者”号在墨西哥湾的3000米深的海域钻探，发现了含油沉积层，表明深海
区也可能有石油。1948年，瑞典在红海裂谷地区2000米深的深海中发现了
重金属软泥。它是一种富含铁、锰、金、银等多种金属的未固结的泥质沉积
物，其储量很可观。
4。板块构造理论的形成
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本世纪初，德国的魏格纳（1880—1930）提出了大陆漂移说。到30年代
末，这学说因缺乏有力的证据而沉寂下来。50年代，由于古地磁学及其他方
面研究的进展，以及用新探测技术作出的发现，大陆漂移说又神奇地复活了，
并逐步发展成新的理论——板块构造理论。
（1）海底扩张说的产生
50年代以来，英国的布莱克特 （1897—1974）和兰康（1922— ）对英
国、印度等地的古地磁场测量后发现，它们在地史时期所处的纬度与现在不
同。1957年，他们根据英国和欧洲的岩石标本测定的磁化方向以及北美的标
本测定的磁化方向，画出了两个地磁极移动的轨迹图，发现两个地磁移动的
轨迹很相似，却又不一致。但是，只要将北美大陆向东转30°，不仅两条轨
迹重合了，而且北美大陆和欧洲大陆也连接起来，其间的大西洋并不存在。
两大陆现在的分离状态是后来大陆发生大规模相对水平位移造成的。这一有
力的证据，使大陆漂移说开始复兴了。
除了古地磁学外，海洋地貌学、地震学、地热学及重力测量技术等都推
动了地学理论的发展。60年代初，美国的赫斯（1906—1969）和迪茨（1914
— ）几乎同时提出了海底扩张假说。它是建立在 1928年霍姆斯（1890—
1965）提出的地幔对流说的基础上，其事实根据有两个：①存在着环绕全球
的高热流的大洋中脊和断裂谷体系；②海底比大陆年轻得多。海底扩张说认
为：地幔中有对流存在；洋中脊是洋壳生成的地方；对流环驱使热的地幔物
质从洋中脊的断裂谷涌出，凝成新的海底，并由洋中脊同时向两侧对称扩张；
扩张引起两种变化，一种是扩张的洋底同时把两侧的大陆推开，大陆块固定
在相邻的海底上与海底一起向同一方向移动，新海底不断生长、扩张，另一
种是扩张的海底在海沟处钻入地幔深部，海底不断产生、扩张、潜没；大陆
地壳前缘被挤压抬升形成山脉或岛弧；由于洋壳不断更新，海底没有比白垩
纪更老的岩石；因此，海洋不是永恒不变的，大陆并非固定不动的。与魏格
纳大陆在地幔上独立地漂移的学说不同，海底扩张说认为新的海底是在海洋
中脊顶部形成，同其相邻的洋底一起被地幔对流体所带动而缓缓地前进。
1963年，英国的凡因（1939— ）和马修斯（1931— ）提出有关海底磁
异常条带的假说。几乎与此同时，加拿大的莫利和拉罗什耳也独立地提出相
同看法。1964年，美国的考克斯把古地磁倒转与同位素测年法相结合，完成
了地磁倒转年表，定量地论证了海底扩张说的正确性。
1965年，加拿大的威尔逊推测，横切大洋中脊的断裂带不是人们通常熟
悉的平移断层，而是一种特殊断层——转换断层。它是由于海底扩张致使沿
着断裂的水平位移转换了性质，故称转换断层。地震分析的结果恰好证明横
切大洋中脊的断裂是转换断层。所以转换断层的发现和验证，为海底扩张说
提供了直接证据。
1968年，美国的“格·挑战者”号深海钻探取得的资料表明，海底最老
的沉积物的年龄不超过1。6亿年，与地磁异常条带假说预测的完全一致；洋
底地壳的年龄以大洋中脊为对称轴，向远离洋中脊的两个方向有规律地增
加；洋底沉积层的厚度自中脊部向两侧也是逐渐增大的，一般由0增至1。3
公里左右。
上述这些发现都成为支持海底扩张说的证据。至此，海底扩张说被更多
的人接受了。
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（2）板块构造学说的建立
从转换断层和大陆边缘的完好拼接复原，可以自然地引申出板块的概
念。板块概念最早是威尔逊在关于转换断层的论文中提出来的。1968—1969
年间，美国的摩根、勒比雄和美国的麦肯齐、帕克等人在大陆漂移、地幔对
流和海底扩张等学说的基础上，对板块的概念和板块的运动进行探索，提出
了板块构造学说。板块是位于转流层上的刚性块体。它的运动方向与转换断
层平行。板块的边界处是构造运动最活跃之处。板块之间的相对运动是全球
构造运动的基本原因。板块有分离型、平错型和汇聚型3种边界。大洋中脊
轴部是分离边界，板块在此分离、扩张，相背运动。转换断层是平错边界，
两侧板块相互错动。海沟及年轻造山带是汇聚边界，两侧板块相对而行，在
俯冲带和地缝合线俯冲、缝合，形成海沟和褶皱山脉。勒比雄将整个地球岩
石圈划分为6大板块：欧亚板块、非洲板块、美洲板块、澳洲板块 （印度板
块）、南极洲板块和太平洋板块。板块构造学说引入球面几何学来描写板块
运动，从而能对地壳的总体运动进行定量的计算。这是地学的一大进步。
板块构造学说提出后，得到越来越多的验证。按照板块构造说，分离型
边界两侧的两个板块上的两点之间的距离在不断扩大，汇聚型边界两侧的两
个板块上的两点间的距离在不断缩小。从大地测量得到的资料表明，纽约到
伦敦的距离在增加，而公元7世纪以来中国西藏同印度之间的距离已经缩短
了60米。板块构造学说认为板块刚性强，所以地震应发生在板块的交界处。
从历史上看，地震分布情况与板块构造学说一致。另一个科学事实是，造山
运动也发生在板块的汇聚边界。1973—1979年，对中国青藏高原的大规模综
合考察证实青藏高原的形成是印度板块向北漂移并与欧亚板块碰撞的结果。
时至今日，印度板块仍以每年4。5厘米的速度向北移动，喜马拉雅山目前平
均以0。33—1。27厘米的速度在上升。根据板块构造学说，大洋在不断张开和
闭合。深海钻探等资料也证实了这一点。自联合古陆分离以来，古太平洋萎
缩为今天的太平洋，面积减少了三分之一左右。大西洋和印度洋是新生的大
洋，由于地幔对流撕裂了陆地和海底，才使这两大洋产生并不断张开。因此，
大西洋和印度洋将不断扩大，而太平洋将不断缩小。
大陆漂移理论以板块构造学说的建立取得了新的形式。威尔逊认为，板
块构造学说在地质学史上犹如哥白尼的太阳中心说，是 “地质学的一次革
命”。但板块构造学说还是一种假说，因为地幔对流到目前为止还没有得到
直接的验证。不过，大陆漂移、海底不断更新已成为无法否认的事实。板块
构造学说现已在探讨山脉和高原的成因、地震活动、矿带分布、古气候状况、
生物演化等各方面发挥了指导作用。
5。气象学与天气预报的进展
气象学是研究地球大气圈的科学，是地球科学的一个分支。当代气象学
以物理学为基础，以数学和电子计算机为定量工具。第二次�