地球与生命的诞生 -- 前寒武纪地球历史

2018-06-10 13:05:27   最后更新: 2018-06-24 16:54:04   访问数量:502




哲学终极三问总是会伴随着很多人的童年:我从哪里来,要到哪里去,我要干什么

仰望苍茫的夜空,总是感觉到我们所赖以生存的家园是如此的渺小,时间又是如此的短暂,而这宛如沧海一粟的星球究竟是从哪里来呢,在它的土地上面,孕育过多少生命,又发生过多少灾难呢?

周末闲来无事,反复查阅着维基百科,在一个个链接间跳转,总结出这篇博客,记述地球的起源与地质的变迁

 

 

 

 

 

138亿年前,宇宙从大爆炸中诞生,此时的宇宙充满了高密度、高温高压的物质,宇宙呈指数向外膨胀,这就是暴涨时期

随着宇宙的不断膨胀,温度不断降低,四亿年后,基本粒子诞生,热核反应开始剧烈的发生,黑暗的宇宙中终于点亮了第一颗恒星

就这样度过了几十亿年,宇宙中的一团气体与固态微粒形成的分子云中,适当低温和高压的作用下,物质不断聚合,在距今 45 ~ 46亿年左右,形成了一个小型的星系 -- 太阳系,地球随之诞生

 

接下来,我们就将目光聚焦到宇宙中的地球上

46亿年前,地球伴随着太阳系的诞生而诞生,这之后的不久,一个名为“忒伊亚”的小行星飞速向地球飞来,在这个火星般大小的星球与地球撞击之后,月球形成了

 

后期重轰击期(41亿年前 ~ 38.4亿年前)

起初,地球是一个岩浆球,炽热的岩浆不断聚合、冷却

然而,刚刚诞生的地球并非如同一个婴儿般享受着刚刚来到这世上的平静,与地球一起诞生的还有大量的小行星和彗星,由于引力的作用,他们在太阳系中四处飞射,给每一个刚刚诞生的小行星带来灾难

从41亿年前开始,每一百年就会造成一次严重的环境破坏,这一时期也是月球大量环形山、盆地的形成时期

以月球的东海撞击事件为标志,后期重轰炸期结束,38.4亿年前,横跨900公里的月球东方海形成后,太阳系中的撞击事件显著减少,地球形成稳定

 

总结

起初人们都认为,整个冥古宙地球都处于融化态,直到冥古宙末期,地球才被一层岩石外壳包裹,成为一个稳定的行星,现已知最早岩石的结构 -- 位于格陵兰的依苏阿绿岩带有着约38亿年历史的沉积层,似乎印证了这种猜测

根据近现代考古中同位素比值的考证,现在人们相信当时地球表面是固体、温带及有水覆盖的原始地貌

1979年,格陵兰沉积岩中发现有机物的遗迹,这意味着那时很有可能已经出现可行光合作用的生命

在冥古宙,太阳系刚刚诞生,逐渐进入稳定,而刚刚诞生的地球也逐渐冷却,从一个熔岩球变成了一个岩石外壳的小行星,表面形成了混有氢气和水蒸气的高密度二氧化碳大气层,地表大约有230℃的高温

原始地球表面的高气压致使在这样的高温中,水蒸气仍然可以聚合成液态水,原始海洋诞生了

南极洲内皮尔山脉就在40亿年前开始形成,最古老的能够自我复制的 RNA 分子在这一时期形成,原始的可行光合作用的生命可能在此之后诞生,但这仍存在较大争议

冥古宙最大的历史事件就是月球、地壳、海洋的形成

 

太古宙开始的标志是最古老岩石的发现,正如上文所说,人类到目前为止发现的最古老的沉积层岩石是有着约38亿年历史的位于格陵兰的依苏阿绿岩,如果更早的岩石被发现,太古宙的定义即可往更古时代推,冥古宙则会被缩短

由于冥古宙行星吸积的作用以及丰富的元素衰变,地表温度非常高,有150℃到230℃,整个太古宙是温度不断下降的过程

整个太古宙火山活动极其猛烈、普遍,甚至喷出罕见的科马提岩,这样剧烈的火山运动下,地球板块非常活跃,小型原始大陆无法连接在一起,直到太古宙末期,随着地表温度的下降、板块活动的减缓,小型原始大陆在太古宙末期聚合为原始大陆

但是,另一部分地质学家认为太古宙初期或更早时期,现今规模的大陆就已经形成,此后,地壳消减为地幔的同时伴随着新生大陆的沉积,二者保持着动态平衡,目前理论上存在的第一个超大陆瓦巴拉大陆在冰河期间的28亿年前分裂

太古宙末期,板块构造活动可能已经类似于现今的地球,坚固的大陆地台 -- 克拉通沉积形成,在此之上增生、拼合而成的超大陆不断形成、解体

大部分金属矿藏(铁、铜、锌、镍和金)都源于太古代,澳大利亚和加拿大丰富的巨矿在那个时候就产生了

现今考古已经发现35亿年前的生物源叠层石,确定细菌和低等蓝菌的存在,而现今认为的 LUCA -- 所有物种在分化之前最后的一个共同祖先就诞生在早期太古代

越来越多人相信这些早期细胞的进化与名为“黑烟囱”的海底火山爆发有关,或是深层而热的岩石

 

大氧化事件(26亿年前)

也称为“氧化灾变”,26亿年前,大气中的游离氧含量突然增加,甲烷丰富的太古宙大气突然变成了氧气丰富的元古宙大气,为日后动物的诞生创造了可能

这一事件的原因目前尚无法得知,但有若干假说

部分氧气变为臭氧,并在大气层上方凝聚,形成臭氧层,臭氧层不断吸收大量的紫外线,这使得细胞可以殖民至海洋表面并最终殖民至地上

但是,大氧化事件可能在当时使得地球上大量的生命死亡,而有抵抗能力的生命则存活并繁衍,部分更发展出使用氧气来增进其新陈代谢作用的速度,并能由相同食物里摄取更多的能量

 

元古宙大气的氧气含量逐步提高,23亿年前,大气中氧气含量仅为1%-2%,8.5亿年前陆壳完成氧化,地表还原性物质如铁、硫氧化耗尽,大气中氧含量开始暴增

由于这个时期发现了许多菌类、藻类植物化石和古代微生物化石,因此也被称为“菌藻时代”

元古宙前期蓝藻、褐藻繁盛,不断发育,直到元古宙中期出现大规模宏观藻类

 

元古宙是地球主要的造山时期,大陆继续增生,现代大陆地壳的43%形成于元古宙,元古宙有五次大陆增生时期,但规模一次比一次小

20亿年前到18亿年前,哥伦比亚大陆占支配地位

 

 

 

 

11.5亿到7亿年前,罗迪尼亚大陆支配了地球,他以劳亚大陆(今北美大陆)为核心,阿巴拉契亚山脉在这一时期形成,此后罗迪尼亚大陆开始分裂为劳亚大陆与冈瓦纳大陆

 

 

新太古代大冰期(24亿年前 ~ 21亿年前)

又称休伦大冰期,很可能是地球上最严重最漫长的寒冷期

成因可能是大氧化事件,大气层中急剧增加的氧气破坏了原始大气中的主要温室气体甲烷与二氧化碳所导致的,同时,由于底壳的不稳定、大量玄武岩溢流、硅酸盐风化消耗二氧化碳形成碳酸钙,进一步消耗温室气体

长达2.5亿年的火山沉寂也可能是造成冰期的有一个因素

寒冷期的结束,为真核生物的出现打下了基础

 

成冰纪(8.5亿年前 ~ 6.3亿年前)

成冰纪的得名就是著名的前寒武纪大冰期,这是十亿年来地球最严重的寒冷期,极地冰盖扩展到赤道,很多地质学家相信当时的地球成为了一个雪球,海洋也完全冻结

火山喷发的二氧化碳因地球生物不能光合作用而逐步累积,最终形成的温室效应才使得地球走出冰封

 

埃迪卡拉纪(6.35亿年前 ~ 5.41亿年前)

又称为震旦纪,著名的埃迪卡拉生物群就诞生在这一时期,随着温室效应让地球渐渐摆脱冰雪的覆盖,埃迪卡拉生物群开始爆发式增长,当然,埃迪卡拉生物群的诞生是否与前寒武纪大冰期有关,目前学界仍存在争论,也有人认为是因为罗迪尼亚大陆的分裂引发

埃迪卡拉生物群主要是刺胞动物,包括水母类和海鳃类,其次是三叶动物、盾形动物、多孔动物、环节动物、节肢动物、栉水母动物等。这些动物体型独特,一般较大,个别长达1米以上,没有发现消化器官。身躯往往扁平,可能生活于浅海近岸的水中

其化石广布全球呈古怪的管状和藻体状,普遍不能移动。是迄今已知最早的复杂多细胞生物

 

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