地球历史的地球早期的演化

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-07-07
地球的进化史?

古生物学家迄今发现的远古生物历史可追溯至6.35亿年前的欧巴宾海蝎,这些地球最早期生物的生活方式非常像现今的海绵,根部扎在海底,过滤水中的食物颗粒。 化石记载地球上最早在大约35亿年前出现生命。有专家提出,但是地球上的生命是如何出现的仍是科学界未解决的谜题之一。根据1871年查尔斯·达尔文的推测,早期生命可能开始于一个温暖的小池塘中,但是另外一些科学家则认为早期生命可能存在于矿产资源较为丰富的水域环境中,比如温度较高的热液喷涌,但是最近一组科学家提出另一种理论,认为生命可能起源于非常寒冷的地方,一些偶发事件促进了无机环境中形成有机物质。 有专家提出,随着地球逐渐冷却,简单的有机化合物(单分子物)渐渐形成,混合后形成较为复杂的混合物(聚合物)。后来,洋流把这些大个的微粒汇聚到海岸和深海温泉等“热点地区”,它们可能最终形成了首批原始细胞。 也有证据证明,首批细胞复制使用的是核糖核酸(RNA),而不是脱氧核糖核酸(DNA),而DNA复制是在经历了非常漫长的进化后才出现的。 也有理论认为生物出现在外星球。 1909年,美国古生物学家、史密森学会秘书查尔斯-沃尔科特(Charles Walcott)在加拿大不列颠哥伦比亚省的伯吉斯山口发现了伯吉斯页岩石,岩石块中含有化学记录历史上许多重要动物群中已知最古老的例证。 沃尔科特的研究发现为所谓的寒武纪生命大爆发(Cambrian Explosion)提供了进一步的证据。寒武纪生命大爆发被称为古生物学和地质学上的一大悬案,在寒武纪(距今约5.42亿年前至4.9亿年前)的化石记录中,地球上突然涌现出各种各样的结构复杂的动物。虽然伯吉斯页岩中以前从未记录过如此规模的复杂动物,但古生物学家对三叶虫和寒武纪其他动物的存在并不陌生,这让查尔斯-达尔文困惑不已。 寒武纪生命大爆发对科学家提出的挑战是,在达尔文所处的年代及其以后多年,在寒武纪岩层以下年代更久远的岩层中,并没有发现动物化石。对于达尔文的进化论来说,这是一个极为的不安事实,因为在化石记录中,结构简单的动物形式应该在结构复杂的动物形式之前出现。 在《物种起源》中,达尔文提出了这样的主张:“在这些跨度如此之大但却鲜为人知的时期,地球上遍布着活的生物。”但他坦言,“对于我们为什么没有发现这些原始时期的化石记录的问题,我不能给出一个令人满意的答案。” 主词条:奥陶纪奥陶纪开始于距今5亿年前。藻类变化不大,三叶虫数量仍居首位。此时其它无脊椎动物数量和种类都超过了寒武纪。最常见的有珊瑚、腕足类、腹足类、海百合和鹦鹉螺等。 奥陶纪时期的地球陆地变化不大,由于水生植物不断的光合作用。空气中氧气含量进一步增加。大致比珠峰顶部的氧气还少一点,广阔的海域,繁育着大量的各门类无脊椎动物,除寒武纪业已产生的外,某些类群还得到进一步的发展,如笔石、珊瑚、腕足、海百合、苔藓虫和软体动物等。 主词条:志留纪、泥盆纪在经历了漫长的演化之后,地球终于进入到由脊椎动物占主导地位的时期。鱼类成为当时的霸主。 3.67 亿年前,巨大的流星划破夜空坠人大海,天空中电光闪闪。这时全球气候变干,温度下降。洋流以新的形式涡动,使海洋进一步降温,表层水的盐度更高,海洋中的含氧量下降到很低的水平。陨石的撞击可能还引起更多的气候变化。这一时期可能至少有3个或多至6个来自太空的巨大天体撞人海洋中,结果导致包括造礁动物、多种鱼类和腕足类等许多海洋生物绝灭。 泥盆纪晚期,由于地球气候变得恶劣起来,湖沼干涸,盾皮鱼类绝种,许多种鱼也同样面临着威胁。在这漫长的年代中,总鳍鱼中的某些支很好地适应了环境,它们依靠偶鳍、内鼻孔和鳔爬上陆地寻找水源和食物,久而久之,其中的一部分逐步演化为原始两栖类动物。 由于大气圈中氧气增多,在平流层形成能够吸收大部分紫外线的臭氧层,使地球表面除海水对生物起到庇护作用以外,又增加了一层保护层,从而为古生代植物的登陆创造了条件。最早的昆虫已经绝灭了,但昆虫是迄今居住在地球上的最成功的动物。它们是最早的陆生动物。热带雨林是生物最繁盛的地方,昆虫构成了其中动物和植物总重量的三分之一。坚固的外骨骼保护了小动物使其免受伤害,在干旱少雨的时候也能避免被干死。昆虫一次能产几百只,有时甚至几千只卵。即使在最危险或最恶劣的环境里卵也能够孵化长大,产生更多的昆虫。 在植物和昆虫为两栖类创造好条件的4000万以后,两栖类才从水中爬上岸边,这里的植物和植食性动物提供了充足的食物。因为没有更大的动物与之竞争,两栖类迅速扩散开来。在距今3.5亿年前的泥盆纪晚期,总鳍鱼的一支已进化成原始两栖类。其中主干为迷齿类,其次为壳椎类和滑体类。 主词条:石炭纪、二叠纪石炭纪时期,气候潮湿,因而出现了新的奇特的森林,这是陆地上最早的森林。这些森林不像今天的沼泽森林那样茂密、黑暗,它们由木贼、厚层的蕨类植物和又高又细的树木组成。新的奇怪的动物在这奇特的景观中定居下来。各种形状和大小的两栖类动物在湿润的环境中繁盛起来,体形巨大的昆虫也是如此。 昆虫是最先掌握飞行技术的动物。爬行类、鸟类、哺乳类甚至鱼类都是在它们之后飞上天空的。飞行大大有利于躲避捕食者、征服新的领地和寻找新的食物来源。起初,昆虫可能跑、跳或从树上滑行下来,体型更有利于运动的昆虫常常存活下来,终于它们发育出翅膀。

至于原始的地球到底是高温的还是低温的,科学家们也有不同的说法。从古老的地球起源学说出发,大多数人曾相信地球起初是一个熔融体,经过几十亿年的地质演化历程,至今地球仍保持着它的热量。现代研究的结果比较倾向地球低温起源的学说。地球的早期状态究竟是高温的还是低温的,目前还存在着争论。然而无论是高温起源说还是低温起源说,地球总体上经历了一个由热变冷的阶段,由于地球内部又含有热源,因此这种变冷过程是极其缓慢的,地球仍处于继续变冷的过程中。
地球在刚形成时,温度比较低,并无分层结构,后来由于陨石等物质的轰击、放射性衰变致热和原始地球的重力收缩,才使地球的温度逐渐升高,最后成为粘稠的熔融状态。在炽热的火球旋转和重力作用下,地球内部的物质开始分异。较重的物质渐渐地聚集到地球的中心部位,形成地核;较轻的物质则悬浮于地球的表层,形成地壳;介于两者之间的物质则构成了地幔。这样就具备了所谓的层圈结构。
在地球演化早期,原始大气都逃逸了。但随着物质的重新组合和分化,原先在地球内部的各种气体上升到地表成为新的大气层。由于地球内部温度的升高,使内部结晶水汽化。后来随着地表温度的逐渐下降,气态水经过凝结,积聚到一定程度后,又通过降雨重新落到地面,这种情况持续了很长一段时间,于是在地面上形成水圈。
最原始的地壳约在40亿年前出现,而地球以其地壳出现作为界线,地壳出现之前称为天文时期,地壳出现之后则进入地质时期。 有关大陆的起源问题,地质和地球物理学家杜托特(A. L. Du Toit)于1937年在他的《我们漂移的大陆》一书中提出了地球上曾存在两个原始大陆的模式。如果这个模式成立,那么这两个原始大陆分别被称为劳亚古陆(Lanrasia)和冈瓦纳古陆(Gondwanaland);这实际上就象以前魏格纳等人所主张的那样,把全球大陆只拼合为一个古大陆。杜托特认为,两个原始大陆原来是在靠近地球两极处形成的,其中劳亚古陆在北,冈瓦纳古陆在南,在它们形成以后,便逐渐发生破裂,并漂移到今天大陆块体的位置。
早在19世纪末,地质家学休斯(E. Suess)已认识到地球南半球各大陆的地质构造非常相似,并将其合并成一个古大陆进行研究,并称其为冈瓦纳古陆,这个名称源于印度东中部的一个标准地层区名称(Gondwana)。冈瓦纳古陆包括现今的南美洲、非洲、马达加斯加岛、阿拉伯半岛、印度半岛、斯里兰卡岛、南极洲、澳大利亚和新西兰。它们均形成于相同的地质年代,岩层中都存在同种的植物化石,被称为冈瓦纳岩石。杜托特用以证明劳亚古陆和冈瓦纳古陆的存在和漂移的主要证据,是来自地质学、古生物学和古气候学方面。根据三十多年中积累起来的资料,有力地证明冈瓦纳古陆的理论基本上是正确的。
劳亚古陆是欧洲、亚洲和北美洲的结合体,这些陆块即使在现在还没有离散得很远。劳亚古陆有着很复杂的形成和演化历史,它主要由几个古老的陆块合并而成,其中包括古北美陆块、古欧洲陆块、古西伯利亚陆块和古中国陆块。在晚古生代(距今约3亿年前)这些古陆块逐步靠扰并碰撞,大致在石炭纪早中期至二叠纪(即2亿至2亿7千万年前)才逐步闭合。古地质、古气候和古生物资料表明,劳亚古陆在石炭~二叠纪时期位于中、低纬度带。在中生代以后(即最近的1-2亿年间)劳亚大陆又逐步破裂解体,从而导致北大西洋扩张形成。研究表明,全球新的造山地带的形成和分布,都是劳亚古陆和冈瓦纳古陆破裂和漂移的构造结果。在这过程中,大陆岩块的不均匀向西运动和离极运动的规律十分明显。总的看来,劳亚古陆曾位于北半球的中高纬度带,冈瓦纳古陆则曾一度位于南半球的南极附近;这两个大陆之间由被称为古地中海(也称为特提斯地槽)的区域所分隔开。
在杜托特(1937年)提出劳亚古陆与冈瓦纳古陆理论之前,魏格纳(A.L.Wegener)早在1912年曾提出了地球上曾只有一个原始大陆存在的理论,称为联合古陆。魏格纳认为,它是在石炭纪时期(距今约2.2亿-2.7亿年前)形成的。魏格纳把联合古陆作为他描述大陆漂移的出发点。然而根据人们现在的认识,魏格纳所提出的联合古陆决不是一个原始的大陆。虽然仍有很大一部分人赞同联合古陆观点,但他们所作出的古大陆复原图与魏格纳所提出的复原图相比,已存在很大的差别,相反倒有些接近杜托特的两个古大陆分布的理论。
最近2亿年以来的大陆漂移和板块运动,已得到了确切证明和广泛的承认。然而有人推测,板块运动很可能早在30亿年前就已经开始了,而且不同地质时期的板块运动速度是不同的,大陆之间曾屡次碰撞和拼合,以及反复破裂和分离。大陆岩块的多次碰撞形成了褶皱山脉,并连接在一起形成新的大陆,而由大洋底扩张形成新的大洋盆地。因此,要准确复原出大陆在2亿多年前所谓的漂移前的漂移是十分困难的。地球的年龄已有46亿年历史,目前已经知道地球上最古老的岩石年龄为37亿年,并且分布的面积相当小。这样,从46亿年到37亿年间,约有9亿年的间隔完全缺失地质资料。此外,地球上25亿年前的地质记录也非常有限,这对研究地球早期的历史状况带来不少困难。 有关大洋的起源和演化研究从本世纪初才开始,在此之前一般认为大洋盆地是地球表面上永存的形态,也即大洋盆地自从贮水形成以来,其位置和分布格局是固定的。随着地球科学的发展,特别是本世纪初以魏格纳为首的大陆漂移这一革命性的学说的提出,对自最近的2亿多年以来大洋的起源和演化有了突破性的认识。
对于大陆漂移学说,并非一开始就得到许多人支持的,因为当时对引起大陆漂移的机制,即力源问题并没有很好解决。1931年,霍姆斯等人提出了地幔对流学说,用于解释大陆漂移的力源,然而这个观点在当时很少受到人们的注意。19世纪后期,有人建立了地球收缩的全球构造学说,用于解释地球上为什么会有如此大规模的造山运动。然而,本世纪50年代以后,随着全球性大洋中裂谷的巨大拉张性证据的发现,收缩学说被普遍放弃了,与此同时,地球膨胀学说很快流行起来。膨胀说认为,地球开始时很小,直径是现今地球的一半。由于地球大幅度膨胀,原始地壳裂开成为现在的大陆,裂开的地方经过不断发展成为现代的大洋盆地。并且,由于地球的大幅度膨胀引起的所谓大陆漂移,表明大陆块基本上是停留在原地的,即各大陆之间和大陆相对于地幔之间并没有发生过显著的移动。由于膨胀说无法解释大陆地壳上广泛发育的褶皱山脉构造特征是怎么形成的,霍姆斯等人的地幔对流说很快再次被重视。60年代初,随着洋底探测资料的迅速积累,赫斯(H. H. Hess)和迪茨(R. S. Dietz)首先把地幔对流方案发展为海底扩张的学说。赫斯在1962年发表了《大洋盆地的历史》一文,提出了大洋起源的新观点,即海底扩张理论。赫斯认为洋底的主要构造就是由地幔对流作用的直接表现。海底扩张理论证明,大陆和洋底是在对流着的地幔上被动地移动着,而不像早期的大陆漂移说所主张的大陆在洋底上主动漂移。海底扩张理论提出后不久,一些别的洋底观测结果,诸如洋底地壳构造、地磁、地震震源和地热流量分布等对这个理论提供了有力证据。这种情况下,使得大部分的学者都转向了关于海底扩张的研究。现在已经普遍确认,可以用海底扩张和板块运动理论解释大洋起源和演化,大洋盆地的固定论看来是过时了。海底扩张和板块构造学说对大洋的起源和演化的理论解释的基础都是地幔对流说。
现代研究证实,大洋最初是在大陆内部孕育的,并开始于大陆岩石圈中的裂谷。大陆在裂谷处破裂并相互分离,从而开始产生新的大洋盆地。魏格纳曾把南大西洋两对岸的吻合作为阐述大陆漂移说的出发点。事实上,把南美洲与非洲两大陆拼合到一起,不仅大陆边沿地形轮廓非常吻合,而且岩石类型和地质构造也可以对接起来。现已证明,大西洋在二叠纪(2亿5千万年前)时还根本不存在,据估计,形成中大西洋的大陆裂谷发生在稍后的三叠纪(约1亿6千万-1亿9千万年前)。至侏罗纪末期(约1亿2千万年前),中大西洋可能已张开达1000公里的宽度;南大西洋的张开大约开始于早白垩纪(约1亿1千万年前),而最初的裂谷发生在晚侏罗纪(约1亿3千万年前);北大西洋张开最晚,大约开始于第三纪初(约6000-7000万年前),与此同时,由北大西洋裂谷向东北延展而伸入格陵兰与欧洲之间,挪威海随之张裂开。从6千万年到2千万年前,挪威海、巴芬海和北大西洋主体都在扩张,但速率和方向均有些变化。综上所述,现今的那些广阔的大洋盆地并不是从来如此,而是长期的地球运动和演化的结果。大洋由狭窄海湾到宽阔盆地的发展,是通过持续发生的大规模海底扩张过程实现的。海底扩张和板块运动的动力都是地幔对流。
由于地球原始地壳自从形成以来,从来没有停止过大规模的地质构造形态的运动。因此,可以肯定地说,现在地球上大洋和陆地的形态就是过去数拾亿年来大规模地壳运动的结果。



新地球演化史
地球演化史是地球科学的基础,地球演化史搞不清楚,地质学、气象学、海洋学、天文学等就不可能搞清楚,恐龙灭绝之谜、百慕大三角之谜、通古斯大爆炸之谜等就不可能破解。
地球膨裂说提出的新的地球演化史认为,137亿年前宇宙星因内部核聚变发生爆炸,飞出许多熔融的火球,银河星就是其中之一;136亿年前,银河星因内部核聚变发生爆炸,飞出许多熔融的火球,太阳就是其中之一;46亿年前太阳因内部核聚变发生爆炸,飞出许多熔融的火球,地球就是其中之一。
地球膨裂说认为,46亿年前,太阳系是原始太阳爆炸形成的。太阳因内部的核聚变而发生爆炸,飞出许多熔融的火球,这些熔融的火球冷却后形成了行星、小行星、卫星、月亮和慧星,地球就是其中之一。一些大的火球在冷却的过程中,由于受到表面张力的作用,形成了球形。一些小的火球来不及收缩成球形,而冷却成了不规则的形状,形成了火星和木星间的小行星带、小行星。一些小一点的火球在飞离太阳时由于离大火球较近而被“俘获”,形成了大火球的卫星。
46亿年前地球形成之后地球温度5800摄氏度,地球温度逐渐下降,地球逐渐收缩,体积变小,自转速度越来越大。
40亿年前,地球温度降至400-700摄氏度,岩石圈形成。46亿年前地球形成之后熔融的地球在万有引力的作用下,铁、镍等重的物质下沉向地心集中形成地核,镁、铝、上浮,40亿年前,因为地球温度逐渐降至400-700摄氏度形成了封闭的岩石圈,因为花岗岩岩浆的密度最小,玄武岩岩浆的密度次之,因此,封闭的岩石圈是由上层的花岗岩和下层的玄武岩构成的,氮、氢、氧轻物质等形成了大气圈。这时的地球体积最小,自转速度最大,1天6小时,1年1460天,地球的半经是现地球的1/2。因为岩石圈封闭了地球,地球内部放射性物质衰变释放出的热量散发不出来,造成岩石圈内部的温度增高,压力逐渐增大,地球开始膨账,地球体积变大,自转速度开始变小。但地球外部的温度还在逐渐下降。因为岩石圈的温度低于居里温度(400——700摄氏度),岩石圈又含有铁磁性物质,所以具有磁性。岩石圈下部是熔融的物质,温度高于居里温度,因此不具有磁性。因为太阳的磁场遍布整个太阳系,太阳的磁S极位于太阳的地理南极,地球又是由铁磁性物质形成的,所以地球岩石圈在太阳磁场的磁化下,在地球的地理南极,形成了和太阳磁S极相反的磁N极,这时地球形成了磁场。这时的地球比较均匀,表面平坦。这时的地球自转轴垂直于黄道面,地球没有四季之分。
39亿年前地球的温度降到100摄氏度沸点以下,海洋形成,这时的洋底是花岗岩形成的。太阳的表面温度5800摄氏度,组成太阳的物质大多是些普通的气体。太阳的气体成分:氢 73.46%、氦 24.85%、氧 0.77%、碳 0.29%、铁 0.16%、硫 0.12%、氖 0.12%、氮 0.09%、硅 0.07%、镁 0.05%。太阳色球是等离子体层,日冕是太阳大气的最外层。日冕中的物质也是等离子体,它的密度比色球层更低,而它的温度反比色球层高,可达上二百万摄氏度。因为太阳色球是等离子体层,日冕中的物质也是等离子体,所以氢、 氦, 其它元素都以离子状态存在。当太阳爆炸,熔融的地球从太阳飞出时,便携带了大量的氢、 氦, 其它元素。39亿年前地球的温度降到100摄氏度沸点以下,大气层中的水蒸汽凝结成水珠降回地表形成海洋。这时的海洋覆盖整个地球,深度1.2万米,因此说地球上的水来自太阳。
38亿年前,生命在海洋中诞生。
8亿年前,海洋还覆盖着整个地球,海水深度2000米。地球的气温逐渐降至摄氏零下50度,大陆上的海水全部结成冰,海上的冰层也有1公里厚,海洋生物只能在更深的海洋中生存,这就是“雪球地球”时期,这也就是“雪球地球”的形成原因。8亿年前由于地球内部的放射性物质不断衰变放出热量,内部压力逐渐增大,岩石圈开始膨裂,山脉开始形成,岩浆喷出,地球气温开始升高使寒武纪生命大爆发,冰川开始融化造成冰臼,这也就是“雪球地球”的融化的原因。8亿年前海水开始从大陆上退却,流入岩石圈裂缝,岩石圈开始露出海面形成大陆,最早的大陆形成了,最早的陆相沉积层形成了,最早的陆生生物出现了,地球开始有地震发生。这时地球开始相对地球自转轴每年倾斜0.47角秒,14.2米。因为白天太阳照射太平洋和印度洋的宽度为20000千米×每年增加的宽度14.2米,每年北半球的海洋面积增加为280平方千米。
目前世界上发现的最早的8亿年前的陆相沉积层,是我国地质学家李四光在长江三峡发现的莲沱组。既然陆相沉积层最早是8亿年前的,这说明8亿年前海洋海覆盖着整个地球,所以大陆上不可能形成8亿年前的陆相沉积层。只有海洋开始从大陆上退却之后,大陆上才可能形成陆相沉积层。发现最早的8亿年前的陆相沉积层,这证明海洋是8亿年前开始从大陆上退却的。寒武纪以后石油开始形成,石炭纪以后煤炭开始形成。
2亿年前,由于地球内部的放射性物质不断衰变,释放热量,地球内部压力不断增加,地球发生了大的膨裂,岩浆喷出形成玄武岩洋底,地球进入快速膨胀期,地球表面积每年增加1.81平方千米,自转速度每年慢0.5秒。岩石圈膨裂露出海面的大陆形成了七大洲,海水流入岩石圈裂缝形成了四大洋。
6500万年前,地球发生最后一次大膨裂、最后一次大的造山运动,岩石圈彻底露出海面,大陆彻底形成了。海水最后一次从地球上彻底退出流入海洋,以后大陆上再不能形成海相沉积层了,海洋彻底形成了。这时地球自转轴开始每年倾斜0.0013角秒,0.004米,使北回归线每年北移0.0013角秒,0.004米,地球有了明显的四季之分,恐龙灭绝了
因为地质年代是根据物种灭绝划分的,物种灭绝又是地球膨裂形成的,所以从地质年代可以看出,从震旦纪到第三纪共11个地质年代,地球共发生11次较大膨裂,(其中有5次大的膨裂)。地球每膨裂一次就形成一次造山运动,体积就增加一次。这也就是说,地球膨裂了11次,形成11次造山运动(其中有5次大的造山运动),海洋从地球上退却11次,物种因缺水灭绝11次(其中有5次大灭绝),岩石圈露出海洋的面积增加11次。
作者:赖柏林

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