【本著作除另有註明外，採取創用CC「姓名標示－非商業性－相同方式分享」台灣2.5版授權釋出】

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1 【本著作除另有註明外，採取創用CC「姓名標示－非商業性－相同方式分享」台灣2.5版授權釋出】
第4單元：風調雨順—伊甸園的誕生 風調雨順 適合生命發生的環境 －陽光、空氣、水圈、地圈、生物圈 文明發展完全是跟環境息息相關的，這是很重要的一件事情。 是不是有時候相同的環境會孕育不同的文明，而很多時候你很容易看出不同的環境孕育不同的文明，可是不同文明之間也有它的相似點─因為人有相似或相同的地方。 我們需要回溯到幾個更根本的問題：人類之所以會有這種文明，是因為我們是這樣的生命，有我們的需要和思維？我們要回溯到生物的生命上有沒有一些特質，是被我們自己在生存過程中忽略掉的？ 我們今天在這個世界上有我們的生活方式，要吃喝拉睡也要思考，有一些雖然是科學界發展出來的想法，可是人文界還是可以思考。 反過來講，現在的科學越來越不思考價值的問題，不是說完全不思考，而是它在運作過程中把價值問題抽離出來，所以很多研究我們不討論價值、倫理、道德，這就會產生問題。 我們不如回頭思考，我們的生命是甚麼樣子，人類在這個世界上到底有什麼特點？這個時候我們又發現：不能只關注人類，因為孕育人類的環境─地球也是很特別的。這就是我們今天要談風調雨順的原因，在我們的所知的八大行星裡，地球是非常不一樣的。 【本著作除另有註明外，採取創用CC「姓名標示－非商業性－相同方式分享」台灣2.5版授權釋出】

2 地球的形成與成長 我們談地球的形成和成長。 阿波羅八號要離開月球的時候，接到地球塔台的對話說：你們現在回頭看一下，並建議take a snap。 這是阿波羅八號非常有名的照片，因為在一個荒寂的衛星（月球）上，回頭看到一個非常美麗的藍色星球，living and vivid，看它上面雲塵的情況非常vigorous。 我們自己的家園是甚麼樣子，我們有時候也不是很在意，但是很多事情我們稍微停下腳步看一看的時候，可能就會有不太一樣的想法，這也是滿人文的思維？ Taken by Apollo 8 crewmember Bill Anders on December 24, 1968, while in orbit around the Moon, showing the Earth rising above the lunar horizon.

3 太陽系的主要成員（未依照比例），由左至右依序為： 海王星、
Is there a “right” place for the “right” planet? 太陽系的主要成員（未依照比例），由左至右依序為： 海王星、 天王星、 土星、 木星、 小行星帶、 太陽、 水星、 金星、 地球和月球、 火星 這個大火球是太陽；火星是在紅色軌道上，它的大小跟地球相對比較近；後面的木星比我們大多了；離太陽最近的是水星，再外圍一圈是金星（Venus），然後就是地球，地球外面是火星。地球的姊妹星有人講兩個有人講三個，除了地球本身，火星是我們的兄弟星，另外再加上軌道形狀跟地球相近的金星。 我們要問一句話，Is there a right place for a right planet? 地球只要離太陽稍微遠一點或近一點，地球稍微大一點或稍微小一點，你我都不敢說我們今天不存在，如果存在也不會像是今天這樣子，如果不是今天這個樣子的話，也就表示不見得有你和我，每一個變化都會影響我們今天在這個世界上生存可能的差別。 如果到木星上去看，地球上很多氣體在木星上面是液態或者固態的。在地球上ammonia直接拿到空氣裡會變成氣態，可是我們可以把它凍成液態，ammonia在木星上則先天就是液態甚至固態。這是由於兩個因素：第一因為木星上面溫度低，溫度低的其中一個原因是離太陽太遠，當然這不是唯一的原因；另外一個很重要的原因就是木星太大了，所以重力極大，物質的密度以及存在的方式都會受影響。所以很可能在地球上是氣態的東西，到了上面變成液態或固態，地球上你看到的所有東西絕對不要take for granted。 我們上堂課提到木星較大的一顆衛星─歐羅巴，歐羅巴上面可能都是水，可是從歐羅巴表面上來看，它全是結冰而不是流動的。只不過按照地球上的物理定律，我們相信如果表面上有固態的冰，冰層底下說不定還有機會有液態水。因為在地球上結冰的時候，底下常常是還是液態。「水」是我們迄今知道宇宙裡唯一的物質，具有固態密度較小、浮在液態上面的性質。 金星和地球雖然很像，但地球的溫度通常在 -50~50℃間，金星的地表則超過400℃，火星的話是200℃。 在地球上碳元素是生物體中很重要的元素，也就是植物體和動物體裡的有機碳，譬如說我們身體裡的葡萄糖；地球大氣裡的二氧化碳量很少（大氣中氧氣約佔21%，氮氣約78％）；地殼裡的碳很多時候是碳酸鹽。金星跟地球上的碳存在的化學模式差別極大，絕大部分的碳在金星地表、大氣中是二氧化碳的形式，火星也是；金星地殼裡的碳大多形成碳酸，譬如說碳酸鈣（大理石的組成成分）。 地球大氣的二氧化碳含量，是金星的三十五萬分之一，表示說金星上的太多了，可是在地球上面相對是少。 金星的碳大多以二氧化碳的形式存在於大氣，相反地，地球的碳多數以碳酸鹽和有機碳的形式存在沈積岩裡，使地球大氣的二氧化碳含量是金星的三十五萬分之一。

4 How living is our Planet?
What make the Earth a Habitable Planet? How living is our Planet? 誰規定任何一個星球應該是right planet? 這個世界上有任何一個地方是right place嗎?接下來的一個問題會比剛剛的更具體一點──到底是什麼因素使得地球成為一個可以居住的星球? 如果我們現在說地球是一個right planet，最大的意義應該是我們現在生活在這個星球上，而且它的環境和條件是可以讓我們居住的，所以我們說right的意義在於它是不是habitable。 對我們來說，問問題的意義在於當你有時候繼續往前走，你可以掌握到它比較精闢的意義。 大家說我們的星球是一個living planet，how living? Marvel

5 液態鐵集中在地核，可能會吸收週期表中相鄰或附近的貴重金屬元素下沉至地核中，所以地表存量稀少
課程參考資料繪製 液態鐵集中在地核，可能會吸收週期表中相鄰或附近的貴重金屬元素下沉至地核中，所以地表存量稀少 地球不是一個均質的星球，它從裡到外通通不一樣，也就是說它的功能是分化的，人也是如此，手不像腳、腳不像手，可是你如果嚇猩猩一下讓牠奔跑，你會發現猩猩跑的時候需要兩隻手（上肢）幫忙。 功能分化是自然界運作的趨勢，我們身體裡的細胞也是如此，譬如細胞膜區分膜的內外，你的細胞就有不同的功能。細胞有了不同的功能以後，還會組成不同的組織，人體不同器官部位就有不同的運作方式，以地球、宇宙來講的話也是如此。 整個地球從地殼往內部到地核是完全不一樣的，更不要說人類身體裡以及大氣裡也是區分的清清楚楚。 鐵、鎂、矽、氧組成的礦石主要有氧化鐵、橄欖石和輝石，含鐵量遞減， 不含金屬的氧化矽晶體就是石英，鐵元素不僅形成地核，也改變了地函的礦物種類，影響微量金屬的分布及地殼的成分。 根據特定的元素及放射性同位素存量的比例，可揣摩地核及地函形成的時間，目前咸信如果地球是獨自形成，地球分層約發生在地球生成的一億年以內。

6 大氣的變化是氣候發生的原因 在我們居住的環境中，至少可分為大氣圈、水圈、地圈，再加上生物圈，這四圈跟我們的生活息息相關。
我們沒有花太多力氣去談地核，因為它對我們生命的影響相對來講是次要的。 而大氣部分，我們知道大氣變化是氣候發生的原因。”weather”和”climate”這兩個字在英文裡有非常清楚的區別，climate is not weather，climate稱為氣候，是比較長時期的，weather是天氣，每天都可以改變的。

7 大氣的溫度分布 對流層： -- 距地表最近的範圍 -- 厚度約13公里 -- 氧氣含量21% (遠高於其他行星)
-- 氧氣含量21% (遠高於其他行星) -- 發生氣候與 天氣變化的所在 對流層： 距離地表最近的範圍是我們生活的對流層，厚度大約從地表往上12-13公里，氧氣含量約21%（遠高於其他行星），是發生氣候和天氣變化的所在。 對流層內的溫度隨高度變動，用熱漲冷縮的原理解釋：空氣受熱膨脹，變輕了就往上移動，所以密度小的往上升，密度大的往下降，這是我們稱它為對流層的原因。所以高度越高，空氣越稀薄，同時溫度下降，我們的冷氣也是用這樣的原理。 平流層： 在對流層上面，12公里以上到50公里的範圍是平流層。 臭氧層： 臭氧層位在平流層中，絕大部分太陽光照進來的紫外線輻射，都在這一層被吸收掉了。 如果沒有臭氧層，今天在地球上即使是風和日麗，我們也無法存活，對人類和其他生命來講都一樣。構成我們生命條件的物質，在紫外線照射下有高度被破壞的機會，譬如像DNA。 a right substance at right place，是不是有一些物質，它剛好被放到了一個right place，所以變成了一個right substance。有些問題我們現在沒有辦法回答why，可是很多時候我們已經可以回答how。 臭氧層是靠下方對流層中的氧氣互動而產生，而臭氧的密度使它剛好累積在這一位置，並且幫助吸收紫外線，所以地球能有比較適合我們生存的條件，但我們並不確定為什麼剛好地球上空有這樣一層臭氧。 所以我們可以解答how不能解答why。如果每一件事情都問why，就會發現地球是very very very unique，真的是獨一無二，到現在我們還不能完全了解為什麼會是今天這樣子。 為什麼氧氣含量是21%？物質燃燒需要靠氧氣，氧氣多就燃燒的快，只要有一點點溫度加上一點點磨擦，如果氧氣含量是41%，今天桌子上很多東西大概會燒起來，譬如說紙張、書本，而我們也無法穿著人造纖維衣物。 A “right” substance at the “right” place? Original: Asaphon

8 紅外線能使大氣分子發生振動 紅外線是影響溫室效應的關鍵幅射能量 大氣層還有一個保護功能──它就像是地球的皮膚。
溫室效應（Green house effect）是指太陽輻射進到地球表面時，部分被地球吸收，部分被地表與大氣層反射，經過持續反射後的波長（輻射的能量）大部分是紅外光，與太陽輻射直接照進地球全光譜的能量不太一樣。而紅外光讓地球上很多物質（例如說我們身體裡的分子）震動產生熱能，維持地球表面恆溫。 紅外線的輻射能量是影響溫室效應的關鍵。 當外面的太陽光照進溫室後，加上一個透明罩使光線不能夠直接反射出去，而是又經過反射後變成紅外線，讓溫室內變得溫暖，這就是稱它作green house effect的原因，台灣很多蘭花、水果是利用溫室培育出來的。 歸根究柢Green house effect是一個救命效應，如果沒有這個物理現象，地表的溫度可能是-25℃以下，不太適合生存。 問自己一個問題：我們的生存條件是什麼？如果沒有這些生存條件，就沒有文明存在的條件。 能量單位： Watts/平方公尺 太陽總輻射：343 太陽輻射被大氣或地表反射：-103 照射到地面的輻射：240 被地面吸收的輻射：168 (然後轉換成長波輻射） 長波輻射穿過大氣至外太空：240 ZooFari

9 地球的形狀略呈扁平橢圓，有分層的結構及磁場分布， 其分層顯示密度大的鐵核可能從熔融的矽酸鹽中沉入地心。
水是孕育生命最關鍵的部分，地球上只有極少數的生命可以不靠氧氣生活，可是沒有一種生命可以不靠水過日子。地球的存水量以地表的面積來算，大約占百分之七十五，表示地表大部分其實是水，這是非常特別的地方，因為我們找不到其他的行星有那麼多水。 用物理方式觀察，地球是稍為扁平的橢圓，大致算是一個圓形球體。地球的結構和磁場分布並不均勻，可以分層顯示。密度大的鐵核可能是從熔融的矽酸鹽裡沉入地心，所以它曾經發生地層分離的作用。 地震波可分為壓縮波和剪切波，穿透固態結構後波速會改變，可藉以了解地球內部結構。探測後發現：地底下2900公里有不連續面，表示有斷層、不是均質的，並非中國人以前想像的地有多厚，天就有多高。 按照密度來看，2900公里以上的部分是矽酸鹽，含矽、氧較多，金屬相對較少；2900公里以下有很多成分是高壓鐵，加上鈷、鎳等，密度非常大。 鐵元素在地球上的分布，地核中有1.87 × 1027公克、地函中有4.11 × 1027公克，地殼和海洋中只佔約百分之一。地表的鐵相對較少，可是已經足夠人類使用，如果人類沒有進入鐵器時代，我們今天的生活就不是這樣了。 地震波顯示地下2900公里有不連續面，2900公里以上壓縮波和剪切波均可穿透，是固態結構，2900公里以下只有壓縮波能穿過，且波速慢，表示是液態物質 source:Earth-G-force.png derivative work: KronicTOOL 比較密度：2900公里以上是鎂矽酸鹽， 2900公里以下則是高壓鐵。 鐵元素在地球上的分佈：地核: 1.87 × 1027 g；地函: 4.11 × 1027 g；地殼及海洋: 0.01 × 1027 g， 從岩漿分析，鐵佔8%，但是佔地球的1/3。

10 石質行星由化學成分相異甚大的地殼地函和地核組成，表示發生過化學凝析作用 。
地球內部放出的熱對地表溫度幾乎沒有影響，但是地函的對流使地表沉積物拉入地函，再分解成二氧化碳由火山噴出 地球屬於石質行星，地殼和地函的化學成分有很大差異，應該經過化學凝析，也就是凝結和分開兩種情況。 地殼下是地函，就像我們在燒開水一樣，地函裡會有上下對流。熔岩與火山表示地函裡的溫度超過1000℃，高溫使地函成為具彈性而且可以變形的半凝固地質，所以有對流狀況。地函的對流使地表的沉積物拉入地函裡，再分解成二氧化碳由火山噴出，這些對流讓物質在地函和地表之間有交換作用，可是並沒有讓地表溫度升的特別高，所以地表溫度很穩定是很特別的現象。 地球核心裡有放射性元素存在，也有核反應在發生，但不像太陽上那麼強烈，可是地球內部放出的熱對地表溫度幾乎沒有影響。 事實上地球表面的確存在一個熱循環，維持地表溫度。地球是一個物質封閉系統，但不是能量封閉系統，因為太陽光天天穿透我們的大氣層進到地表。 熔岩與火山顯示地函的溫度仍然甚高，超過1000 ℃，地球內部的發射性元素衰變，應當仍是能源之ㄧ，這種高溫可能使地函成為一個富彈性易變形的半凝固地質，能夠有對流行為 。

11 A Living Planet 岩漿的運動提供了地球表面“建造”的活力
海洋地殼 地函 我們的地表how living？比起地函可能有過之而無不及。 以大西洋脊來看，地函的熱對流使得地函物質不斷從洋脊縫裡湧出，湧出後立刻被海水冷凝，沉積在大西洋的海洋地殼上，一層一層累積以後會發生推擠，換句話說就是這個縫隙會擴大。 地球就像希臘神話中的雅典娜，智慧與暴力是她的一體兩面，從出生就震撼了大地之母蓋婭，所以地球上很容易找到violent的面貌，就像颱風襲捲菲律賓、台灣、印尼的地震，對於地球的智慧和暴力兩種面相，我們所擁有的知識其實是很淺薄的。 地球就像希臘神話中的雅典娜，智慧與暴力是她的一體兩面，從出生就震撼了大地之母蓋婭 岩石圈 地函

12 海洋玄武岩〈沉積岩〉的年齡多半小於一億年 陸地的花崗岩〈火成岩〉卻有38億年的壽命
從地質考古以及生物考古可以知道：海洋地殼上玄武岩的年齡多半小於一億年，陸地上花崗岩卻有38億年。地球上兩億年以前已經有恐龍了，所以一億年不算久，更早的部分資訊可能已經喪失。 地殼與海盆的不同不在外形，地殼的成分以花崗岩為主，海盆地質卻與地函相似，表示地殼底下湧出的物質沉積後是構成海盆的主要成分。海洋沒入地殼下方的部分，沉積物又被帶回地函裡，所以有些資訊會消失。 自然界的傾軋與角力，可能是生機乍現的起點，因為環境中每一個變化都可能造成一群生物在生存上不適應，可是它說不定帶給了另一群生物生存適應的契機。 你會發現用很制式的思維來思考地球、我們生活的環境是差之遠矣，有很多地方有傾軋、有角力、有暴力，可是也有很多地方孕育我們的智慧，這是我們需要去分析明辨的。 海洋沒入地殼下方，沉積物帶入地函， 變質釋出二氧化碳，海洋生物可再利用 自然界的傾軋與角力， 卻可能是生機乍現的起點 地殼與海盆的不同並不在外形，地殼成分以花崗岩為主，海盆地質卻與地函相似，以玄武岩為主，花崗岩富鋁和鈉、鉀，鐵、鎂反而較少。

13 目前地表的版塊 古地殼及海盆 地表的板塊運動 兩億三千萬年前的地球
Dropzink 古時候的地殼含海盆與今天相比可能非常不一樣，早期的地殼很可能是一整塊陸塊，我們稱「岡古大陸」。 現在的地殼分布情況和早期也不完全一樣，目前地表會有板塊運動，也就是發生地震的主要原因。 兩億三千萬年前的地球 地表的板塊運動

14 Dna-webmaster 地軸與地磁的變化 在地球本身與太陽之間有一個磁極，磁極隨著地軸，北邊是北極，南邊叫南極，可是地球的南北極和地磁南北極，不是完全吻合。 所以地球自轉的時候會有一個約二十幾度的傾角。 地球赤道較凸，自轉軸傾斜，地球自轉每兩萬年擺動一周，受其他大行星牽引，自轉軸傾斜角和軌道形狀分別作四萬年及十萬年的週期變化，影響不同緯度日照量

15 結語 地球是一個變動中維持均衡的星球，生物圈是地球維持均衡的果還是因，就像是雞生蛋、蛋生雞的問題。
我們可能從來就不是必須出現在這個舞台上，但是既然有了站在這個獨特舞台上的經驗，又有了能夠理解她的機會，不免讓我們興起參與的勇氣與決心。 也許演化的意義不在於我們會走向何方，而是在於我們學習以最好的準備迎向未來。

16 版權聲明 1

17 版權聲明 2

18 版權聲明 3