“洞穿”地球科学的奥秘

《“洞穿”地球科学的奥秘》全书共11章，除绪论（第1章）外，全书以海陆转化理论作为主线，以一个化学家的视角，重新审视了地球科学的诸多关键问题，涉及地核和水（第2章）、自转和磁场（第3章）、海洋（第4章）、大陆（第5章）、地震和火山（第6章）、生物大爆发和生物大灭绝（第7章）、地球大气层（第8章）、化石燃料（第9章）、石墨和金刚石（第10章）等科学问题，并用该理论诠释了许多地球科学现象的内在本质；最后形成了海陆转化框架下的地球科学（第11章）这一理论体系。
《“洞穿”地球科学的奥秘》可供从事地理科学、地质学、地球化学、地球物理、大气科学、海洋科学等领域的研究人员参考；也可供喜欢科学的青少年读者和地球科学爱好者参考阅读。

尹大力，1958年生于山东省平度县。1977年他考入南京药学院药物化学专业学习。1988年在中国医学科学院药物研究所药物化学专业获得硕士学位，导师郭积玉研究员。后师从我国著名药物化学家梁晓天院士，于 1998年获得博士学位。在中国医学科学院药物研究所工作直到退休，先后任研究员和北京协和医学院长聘教授。
缘于对地质学的浓厚兴趣，业余时间通过自学学习了地球科学相关的专业知识。退休后，专心研究地球科学，将自己的学习心得和在华北区域野外实地考察的地质现象归纳成新的系统的地球科学理论体系，并在该理论的指导下完成了《“洞穿”地球科学的奥秘》一书的写作。

我小时候每年冬季到来之前都要随父母一起到煤场买煤以备冬天取暖用。烧炉子最好用的是原煤，要从煤堆中挑选出乌黑锃亮的煤块儿，拣掉其中又重又不能很好燃烧的煤矸石。最喜欢的是山西大同产的煤，色泽闪亮，块儿也大，燃烧后只留下一点点白色的灰烬；山东肥城和枣庄的煤也不错，硬度高、烟少；山东坊子煤矿和朱刘煤矿的煤比较细碎、煤矸石多，还夹杂着棕黄色的其他矿物。在中学课本中学到“煤是树木深埋地下经受高温和高压变成的”之后，在我脑海里始终有一个挥之不去的问题：煤块中怎么见不到一丁点儿树木的树干、树皮和年轮的样子？
我曾经有一位博士研究生，她的丈夫是学地质学的，为了解开我的疑问就托他帮我买了一本《煤矿地质学》和一本《地质学基础》。读过之后，疑问更重，困惑更深。索性又买了最新版 Larry Thomas所著的《CoalGeology》，了解到关于煤的形成有多种不同的解答，尚缺乏统一的答案。于是，我更加困惑了，自己的科学素养告诉我同一个科学问题是不应该有多个不同答案的。
化学实验中常用分液漏斗分离有机相和水相，受其启发，联想到泥炭中的碳和无机泥沙杂质会不会也是通过相分离而去除泥沙，并获得高碳含量的煤。于是，我和同事们设计了分离碳的实验方案，定制了仪器设备，开始探索能够分离碳的实验条件。经过半年多的实验摸索，最终实现了在高温条件下将碳从无机杂质中分离出来的目标。地球上要想达到实验室中碳分离的条件，只有深入地壳之下的地幔，而地表的树木若要到达这样的深地构造唯一的途径是经过外天体的撞击，击穿厚厚的地壳才能实现。循着这样的思路，在查找文献和书本中外天体撞击的证据时，却发现更多的是月球被撞击的证据，而地球上的证据少之又少，顶多也就是一些小撞击坑。
既然碳从泥沙中的分离尚无先例，需要我们通过实验来解决，索性我们自己去寻找地壳被外天体击穿的证据是不是也同样可以？带着这样的想法继续读了几本地球科学方面的书，一条思路渐渐地浮了上来：地球海洋和月球的月海相比是同样的构造，地球陆地和月陆形态上也相似；联想到地球生物大灭绝、煤炭的形成、石油和天然气的生成都可能与外天体击穿地壳形成海洋有关；金刚石的生成更是需要深入地幔才能满足超高压和高温条件。众多的自然现象都可以和外天体撞击地球造成地壳的缺失相关联，而且用这样一条线串联起众多的地质现象比经典书籍中的解释更合理、更简明。于是，一个大胆的想法冒了出来，而这样的想法只有对地球科学一知半解甚至可以说是无知的我才敢想。
用新的思路写一本地球科学的书的想法一旦露头，我便深陷其中不能自拔。但随着工作的深入，我逐渐意识到：只有用更多的地球科学的知识充实自己才有可能真正理解地球科学；更正不完善的传统地球科学必须用更科学的知识体系和架构。而我发现这一工作太过浩繁，仅凭浅显、零散的地球科学知识，用我有限的余年根本无法完成，只能择其中的要点先构建一个简单的地球科学的框架，更丰富、更完整的内容只能留待专业的学者去完成了。所以才有《“洞穿”地球科学的奥秘》这样一本书呈现在读者面前，而非《地球科学概论》这样的更完整而全面的课题。
全书共分 11章。各章的编排顺序主要受到《UnderstandingEarth》一书的启发（该书以板块构造理论作为主线贯穿全书）。本书则以海陆转化理论作为主线，将宏观的、作为太阳系行星的地球自身具有的性质，特别是行星的共性放在前面介绍，而更加具象的体系，如化石燃料、石墨和金刚石，排在后面，总体上遵循由大及小和各章内容之间的逻辑关系。前 3章中除第 1章简要地介绍地球科学的主要内容和发展外，第 2章和第 3章主要论述和太阳系行星属性有关的地核生成、自转产生以及磁场形成的原理和规律，并用实验证明了行星自转的原理，合理解释了金星反向自转、天王星自转轴躺倒的原因。第 4章和第 5章是关于海洋和大陆起源的论述，重点是通过外天体撞击地球造成地壳的损毁和残余地壳浮在岩浆洋上，再冷却形成新的海陆格局来描绘地球历史上海陆起源的图画。海陆转化是贯穿全书的最基本的原理。第 6章通过结合地球内部的超静压力和洋壳水平扩张推力论述了火山和地震之间的关系，揭示了板块运动的力学原理和地震发生的动力来源。第 7章论述了生物和海陆转化过程的关系，揭示了生物大繁荣和生物大灭绝的周期与地球节律之间的内在联系。第 8章论述了地球大气层形成的原理，并合理解释了太阳系行星（以及月球）大气层或稀薄或浓厚的规律。所有的化石燃料和纯碳质矿物（石墨和金刚石）皆来源于地表的生物质深入地幔经受热压作用改造而成（第9、10章）。最后一章对全书进行总结，并提出更多的问题，以促进地球科学的发展。
在本书的构思和撰写过程中，我经常与张翔教授讨论，得到许多中肯的意见和有益的建议。初稿和终稿都经过他的修改和润色，他的科学和文学素养使本书的质量有了质的提高。本书第 9章中有关煤炭生成的实验由张翔教授、唐怡凡和我共同完成。书中的插图由重庆三峡学院的车谦亮老师负责绘制；煤炭生成的图由陈思博士绘制；部分照片由李伟和张霞提供。感谢普瑞东方化学有限公司的冷延国博士、北京协和药厂和北京协和制药二厂的大力支持！他们的无私帮助和支持给了我完成本书的动力和信心。
作为化学家写一本地球科学的书所经历的艰难自不必多说。希望读者，特别是专业读者能够包容书中的不当之处。也希望本书能够对喜欢科学的青少年读者和地球科学爱好者有所启迪。

作者
2026年 2月

第1章 绪论 001
1.1 地球科学简述 002
1.2 观点、理论的冲突和争议 004
1.2.1 太阳绕地球还是地球绕太阳 004
1.2.2 水火不相容 005
1.2.3 动、静相悖 005
1.3 用新思维和新技术解决科学问题 006
1.3.1 用新科学和新技术突破瓶颈  006
1.3.2 用新思维颠覆传统 010
1.4 46亿年地球的变化规律 012
1.4.1 地球的形状 012
1.4.2 地球的温度 012
1.4.3 地壳和地层 013
1.4.4 物质 014

第2章 地核的生成和水的来源 017
2.1 地壳、地幔和地核 018
2.2 地核中的铁和镍的来源 022
2.3 铁的直接还原 024
2.4 地核的形成 026
2.5 为什么月球和地球的密度相差这么多？ 028
2.6 用水星和火星密度差估计它们各自的生理年龄 031
2.7 地球的密度为何不符合类地行星的规律？ 032
2.8 木星的真实密度 033
2.9 地球上水的来源 036

第3章 自转和磁场 039
3.1 地球自转 040
3.2 其他行星的自转 048
3.3 地球磁场 051
3.3.1 地球内部正、负电荷分布 052
3.3.2 磁极反转 054
3.3.3 月球为什么会被地球“锁定”呢？ 056

第4章 海洋 067
4.1 海洋形成的理论 068
4.2 外天体对地球的撞击 070
4.2.1 撞击对地壳造成的影响 071
4.2.2 由“冰”到“岩石”的类比（冰-岩类比） 072
4.3 月球上留下的撞击痕迹 081
4.3.1 月球表面的撞击痕迹 082
4.3.2 月海 083
4.3.3 月海是海吗？ 084
4.3.4 月海形成的时间 085
4.3.5 月海是裂穿式撞击还是洞穿式撞击？ 086
4.4 地球海洋的形成 089
4.5 撞击时间与海洋深度和洋壳厚度的关系 102
4.5.1 月海深度与相对年龄 102
4.5.2 太平洋的深度 103
4.5.3 印度洋的深度 103
4.5.4 大西洋的深度 103
4.5.5 北冰洋的深度 104

第5章 大陆 107
5.1 大陆形成的理论 108
5.2 地壳形成的理论解释、疑问和争论 109
5.3 外天体撞击地球 111
5.3.1 外天体撞击地球的频率 111
5.3.2 外天体撞击地球的规模 112
5.3.3 古老锆石的含义 116
5.4 海陆转化理论 122
5.5 更多的岩石证据 127
5.6 华北古老的“基岩” 129
5.7 基岩的叠置关系 131
5.8 基岩和板块 133
5.9 应用海陆转化理论分析华北地质构造 136
5.9.1 内蒙古高原 137
5.9.2 鄂尔多斯盆地 139
5.9.3 吕梁山脉和太行山脉 146
5.9.4 渤海和太行山脉 152
5.9.5 华北平原 156
5.9.6 山东半岛和鲁中山脉 159

第6章 地震和火山 169
6.1 地震 172
6.1.1 地震的探测 172
6.1.2 地震带和地震发生的原因 172
6.2 火山 176
6.3 板块运动的能量来源 182
6.4 地震的发生 187
6.4.1 洋脊地带 187
6.4.2 海沟 188
6.4.3 其他地带 189
6.4.4 华北地震带 189
6.4.5 郯庐地震带 190
6.4.6 太行山东麓陆缘地震带 192
6.4.7 燕山南麓陆缘地震带 192
6.5 地震和火山的关系 193

第7章 生物大爆发和生物大灭绝 199
7.1 地球生命的出现 200
7.2 生物的进化 205
7.3 生物大繁荣 209
7.4 生物大爆发 214
7.4.1 宏进化的原因到底是什么呢？ 214
7.4.2 用海陆转化理论理解生物的宏进化 218
7.5 生物大灭绝 220
7.6 生物大灭绝的主要原因 223

第8章 地球大气层 229
8.1 大气的来源 231
8.2 地球对气体分子的引力 232
8.3 地外天体的大气层 239
8.4 氮气和二氧化碳来自哪里？ 242

第9章 化石燃料 245
9.1 煤 246
9.1.1 碳和无机杂质分离 249
9.1.2 实验室验证设想 250
9.1.3 煤的沉积 252
9.1.4 铁的碳还原 254
9.1.5 煤炭来源和形成新理论 256
9.1.6 野外观察可否作为实证？ 260
9.2 石油、天然气和可燃冰 266
9.2.1 可燃冰的形成理论 267
9.2.2 天然气 271
9.2.3 页岩气 272
9.2.4 石油 272
9.2.5 石油和天然气的关系 273
9.2.6 油气储层的岩相 274
9.3 煤田和油气田的关系 275
9.4 碳循环和新能源 277

第10章 石墨和金刚石 281
10.1 自然界煤、石墨和金刚石的生成条件 282
10.2 金刚石是生物来源，还是无机来源？ 284
10.3 石墨是变质岩，还是火成岩？ 285

第11章 海陆转化框架下的地球科学 289
11.1 外天体撞击地球引发的自然现象 291
11.2 海陆转化理论的形成 293
11.3 海陆转化理论架构下的地球科学 294
11.4 地球科学的大一统 299
11.5 地球科学的未解之谜 299