㈠ 地球生命的起源和发展历史
生命的起源应当追溯到与生命有关的元素及化学分子的起源.因而,生命的起源过程应当从宇宙形成之初、通过所谓的“大爆炸”产生了碳、氢、氧、氮、磷、硫等构成生命的主要元素谈起.大约在66亿年前,银河系内发生过一次大爆炸,其碎片和散漫物质经过长时间的凝集,大约在46亿年前形成了太阳系.作为太阳系一员的地球也在46亿年前形成了.接着,冰冷的星云物质释放出大量的引力势能,再转化为动能、热能,致使温度升高,加上地球内部元素的放射性热能也发生增温作用,故初期的地球呈熔融状态.高温的地球在旋转过程中其中的物质发生分异,重的元素下沉到中心凝聚为地核,较轻的物质构成地幔和地壳,逐渐出现了圈层结构.这个过程经过了漫长的时间,大约在38亿年前出现原始地壳,这个时间与多数月球表面的岩石年龄一致.生命的起源与演化是和宇宙的起源与演化密切相关的.生命的构成元素如碳、氢、氧、氮、磷、硫等是来自“大爆炸”后元素的演化.资料表明前生物阶段的化学演化并不局限于地球,在宇宙空间中广泛地存在着化学演化的产物.在星际演化中,某些生物单分子,如氨基酸、嘌呤、嘧啶等可能形成于星际尘埃或凝聚的星云中,接着在行星表面的一定条件下产生了象多肽、多聚核苷酸等生物高分子.通过若干前生物演化的过渡形式最终在地球上形成了最原始的生物系统,即具有原始细胞结构的生命.至此,生物学的演化开始,直到今天地球上产生了无数复杂的生命形式.38亿年前,地球上形成了稳定的陆块,各种证据表明液态的水圈是热的,甚至是沸腾的.现生的一些极端嗜热的古细菌和甲烷菌可能最接近于地球上最古老的生命形式,其代谢方式可能是化学无机自养.澳大利亚西部瓦拉伍那群中35亿年前的微生物可能是地球上最早的生命证据.原始地壳的出现,标志着地球由天文行星时代进入地质发展时代,具有原始细胞结构的生命也开始逐渐形成.但是在很长的时间内尚无较多的生物出现,一直到距今5.4亿年前的寒武纪,带壳的后生动物才大量出现,故把寒武纪以后的地质时代称为显生宙
㈡ 地球生命发展历史简述
科学家估计,地球诞生至今已有46亿年的历史,而地球是可以与太阳同在的,太阳还可以平稳地向地球提供光和热50亿一60亿年,这就是说,地球可以有近100亿年的寿命。
如果我们将地球的100亿年的可能寿命压缩为100年,来看一看地球生命的历程。
0-5岁,地球常遭受小伙伴的撞击,撞击点的温度高达16000℃,铁、镍等金属熔解,沉入中心,一些物质蒸发,形成地球的原始大气,80%是水蒸气,其余为一氧化碳和氮。以水蒸气为主要成分的大气引起很强的温室效应,很快就使整个地球的温度达到12000℃,岩石熔解,使地球表面形成岩浆海。岩浆海反过来控制了温室效应,使地球温度保持在一定水平上。
一次,一个达半个地球直径的伙伴,从斜刺里猛撞地球,将地球的一部分撞得粉碎。后来,一些碎片落回地球,另一些则集合成月球。
地球逐渐长大后,撞击她的伙伴也减少了,温度逐渐降低,表面岩浆冷却为地壳,原始大气中的水蒸气则凝聚成水,降落到地球表面,形成原始海洋和江河。与此同时,太阳的紫外线辐射,将原始大气上层的水蒸气分解为氧和氢。氢气逃入太空,氧气则留在大气中。
5—7岁,在原始海洋中逐渐形成蛋白质和核酸,并各自发展自我复制机制。不久,蛋白质和核酸结合共生,原始生命诞生。
7—27岁,原始生命在海洋中发展。与此同时,由于地壳和地幔的板块运动,到27岁时,形成巨大的“盘古大陆”(据认为,由于地幔的上升流将一些金属从地慢底部涌出,形成金属矿床)。
27—40岁,生命形态逐渐进化,超级大陆也同样离合聚散。
40—40.5岁;海洋中出现被视为动物的埃迪卡拉生物群,但不知什么原因又夭折殆尽。
40.5—42岁,多细胞生物爆炸性地增加,诞生巴杰斯页岩动物群,但在41岁前灭绝。在41.2岁前诞生最早的脊椎动物——原始鱼。
由于海洋中植物不断放出氧气,氧分子在太阳紫外线作用下生成臭氧,在大气层上层形成臭氧层,阻隔太阳紫外线射向地面,使大陆成为生命可以存活和发展的新天地。同时,由于海洋中植物生存竞争日益激烈,使海洋植物在地球41岁多时首先登陆,随后迅速繁殖,统治了地球,使地球成为绿色
行星(据信由于地壳的变动,大量植物被埋于地下,成为煤炭资源)。
42—43岁,昆虫随植物之后登陆。一些鱼类和两栖类脊椎动物也由鳃呼吸改为肺呼吸,在地球42.4岁前,经河流向大陆发展。一些两栖动物演化为爬行动物。
43—44岁,哺乳类爬行动物在43.5岁前出现,但除一个分支进化为哺乳动物(形似老鼠)外,其余在43.65岁前由于火山活动而几乎灭绝了。同时,96%的海洋无脊椎动物也受火山活动的影响而死亡(据认为,因火山喷发和地壳变动而被大量埋于地下的动物尸体,形成了地球的石油资源)。
大约在43.82岁时出现恐龙,随后大量繁殖。
44—45岁,是恐龙统治地球的时代。在陆地上有全长超过20米的食草恐龙和12米长的食肉恐龙,海洋中有长颈龙、鱼龙、空中有翼龙。恐龙是迄今统治地球最长久的动物。
45—45.5岁,大约在45.45岁前不久,地球遭受一颗小行星或彗星的猛烈撞击,引起环境剧变,即形成约3秒钟的“撞击冬天”,使恐龙灭绝。同时有70%的物种灭绝了。
洞穴生活和夜行性的哺乳动物,幸运地度过了“撞击冬天”,随即大量繁殖,一支迁居到树上的哺乳类,成为原始的灵长类,形似松鼠。
45.5一现在。
在45.52岁以前,当时与欧洲相连的北美洲,一种假熊猴进化为最早的猿类,形似大猪。
45.95岁前,也就是离现在约18天,北非的拉密达猿人与黑猩猩分立发展,随后直立行走,成为与其他类人猿的巨大区别。
9天多以前,非洲的巧人开始制作“二级工具”,用来撕开腐肉和取出骨髓,成为直立原人。
6天以前,直立原人开始用火来防御食肉动物的侵袭,同时用作夜间照明、取暖和煮熟食物。
4天以前,直立原人开始从非洲向欧、亚和美洲大陆迁移。
4—1小时前,智人开始用标枪和弓箭狩猎,并绘制壁画和用黏土捏制野牛等动物塑像。
42分钟前,人类开始播种,因而开始定居。
22分钟前,人类开始冶铜,随后又开始冶铁。接着又开始物质交换等商业活动,因而出现城市,成为商业、政治、宗教和军事中心。
12分钟前,中国人开始修筑万里长城。7分钟前,中国人开凿了京杭大运河。2分半钟前,葡萄牙人乘船绕地球一周。半分钟前,人类发展了航空事业,乘气球、飞艇和飞机飞上蓝天。
在最近的两分钟内,虽然人类的科学技术得到了迅速发展,但人口也几次翻番,在不到1秒钟以前,地球上的总人口已超过60亿。
宇宙航行理论奠基人齐奥尔科夫斯基说过,地球是人类的摇篮,但是,人类不会永远生活在摇篮里,开始它将小心翼翼地穿出大气层,然后便去征服整个太阳系。是的,人类总有一天可以离开地球,但这决不是几秒几分钟之后的事。
㈢ 地球的历史
每过一年,大家都要长大一岁。一年,对我们大家来说是个比较长的时间,可是这在地球的历史上,简直是微不足道的一瞬。地质学家发现:覆盖在原始地壳上的层层叠叠的岩层,是一部地球几十亿年演变发展留下的"石头大书",地质学上叫做地层。地层从最古老的地质年代开始,层层叠叠地到达地表。一般来说,先形成的地层在下,后形成的地层在上,越靠近地层上部的岩层形成的年代越短。
地层好比是记录地球历史的一本书,地层中的岩石和化石就像这本书中的文字。用现代科学的方法通过对古老岩石的测定,人们得知地球已经存在46亿年了。
那么人们用什么科学方法来推算地球的年龄呢?目前,科学上是用测定岩石中放射性元素和它们蜕变生成的同位素含量的方法,作为测定地球年龄的"计时器"。
人们利用放射性元素蜕变的特点,来计算出岩石的年龄。放射性元素在蜕变时,速度很稳定,而且不受外界条件影响。在一定时间内,一定量的放射性元素,分裂多少份量,生成多少新的物质都有个确切数字。例如,一克铀在一年中有七十四亿分之一克裂变为铅和氦。因此,我们可以根据岩石中现在含有多少铀和多少铅,算出岩石的年龄。地壳是由岩石组成的,这样我们就能得知地壳的年龄。有的人算出为30亿年左右。
地壳的年龄还不等于地球的实际年龄,因为在形成地壳以前,一般地球还要经过一段表面处于熔融状态的时期,加上这段时期,地球的年龄估计约有46亿年。这是个很大的数字。但在宇宙中,比地球年龄大的星球还多着哩。
地质科学家说地球至少有46亿岁。人类有文字记载的历史只有几千年。那么,我们是怎样知道地球年龄的呢?
推算地球年龄,主要有岩层方法、化石方法和放射性元素的蜕变方法等。根据鉴定,地球上最古老的岩石,是在格陵兰岛西部戈特哈布地区发现的阿米佐克片麻岩,年龄约有38亿岁。而太阳系的碎屑,年龄都在45亿年-47亿年之间。因此认为,包括地球在内的太阳系成员大都在同一时期形成。
依照人类历史划分朝代的办法,地球自形成以来也可以划分为5个"代",从古到今是:太古代、元古代、古生代、中生代和新生代。有些代还进一步划分为若干"纪",如古生代从远到近划分为寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪和二叠纪;中生代划分为三叠纪、侏罗纪和白垩纪;新生代划分为第三纪和第四纪。这就是地球历史时期的最粗略的划分,我们称之为"地质年代",不同的地质年代人有不同的特征。
距今24亿年以前的太古代,地球表面已经形成了原始的岩石圈、水圈和大气圈。但那时地壳很不稳定,火山活动频繁,岩浆四处横溢,海洋面积广大,陆地上尽是些秃山。这时是铁矿形成的重要时代,最低等的原始生命开始产生。
距今24亿年-6亿年的元古代。这时地球上大部分仍然被海洋掩盖着。到了晚期,地球上出现了大片陆地。"元古代"的意思,就是原始生物的时代,这时出现了海生藻类和海洋无脊椎动物。
距今6亿年-2.5亿年是古生代。"古生代"是意思是古老生命的时代。这时,海洋中出现了几千种动物,海洋无脊椎动物空前繁盛。以后出现了鱼形动物,鱼类大批繁殖起来。一种用鳍爬行的鱼出现了,并登上陆地,成为陆上脊椎动物的祖先。两栖类也出现了。北半球陆地上出现了蕨类植物,有的高达30多米。这些高大茂密的森林,后来变成大片的煤田。
距今2.5亿年-0.7亿年的中生代,历时约1.8亿年。这是爬行动物的时代,恐龙曾经称霸一时,这时也出现了原始的哺乳动物和鸟类。蕨类植物日趋衰落,而被裸子植物所取代。中生代繁茂的植物和巨大的动物,后来就变成了许多巨大的煤田和油田。中生代还形成了许多金属矿藏。
新生代是地球历史上最新的一个阶段,时间最短,距今只有7000万年左右。这时,地球的面貌已同今天的状况基本相似了。新生代被子植物大发展,各种食草、食肉的哺乳动物空前繁盛。自然界生物的大发展,最终导致人类的出现,古猿逐渐演化成现代人,一般认为,人类是第四纪出现的,距今约有240万年的历史。
人类居住的地球就是这样一步一步地一直演化到现在,逐渐形成了今天的面貌。
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㈣ 地球发展简史
在这里,将本章所介绍的内容加以小结。地球的整体发展大致可以分为五个时期:
(1)地球形成期(约46亿年前):地球与其他行星、月球、陨石等都在46亿年前大致同时形成,都是太阳系原始星云的凝聚和塌陷的产物。
(2)放射熔融期(45亿~41亿年前):地球的早期熔融是不完全的。深部的分异成层较为完善,而浅部保留较多的放射性物质,成为后期地壳运动及内部分异的重要动力来源。
(3)小天体碰撞期(41亿~39亿年前):由于地球质量大,受到较多较大的小天体冲击,形成大型凹坑和凹地。
(4)熔流外溢期(39亿~37亿年前):由于地球的壳层较薄,在小天体冲击下,地壳将发生破裂,熔融状态的物质会沿破裂带溢出。
(5)板块构造发育期(37亿年前到现在):这是地球地质发展史所特有的。上述的小天体冲击不仅影响壳层产生破裂和熔流外溢,而且也影响幔层,因那里的可塑性大和温度高,导致大量物质对流,形成软流层。板块构造的早期,岩石层尚薄,板块尚小且多;随时间推移,岩石层变厚,板块变大且集中,整个活动水平降低,进入现代板块活动阶段。
以上认识是将地球物理学、天文学和比较星球学的知识结合起来得到的。从地球形成到板块构造活动期,不过几亿年(不足10亿年)时间。
如果把地球作为宇宙空间中的一个星体,从宇宙整体演化中来考察地球的变化,可以看到宇宙因素和地球自身因素结合起来,能解释更多的观测事实。
㈤ 地球的演变过程
地质科学家说地球至少有46亿岁。人类有文字记载的历史只有几千年。那么,我们是怎样知道地球年龄的呢?
推算地球年龄,主要有岩层方法、化石方法和放射性元素的蜕变方法等。根据鉴定,地球上最古老的岩石,是在格陵兰岛西部戈特哈布地区发现的阿米佐克片麻岩,年龄约有38亿岁。而太阳系的碎屑,年龄都在45亿年-47亿年之间。因此认为,包括地球在内的太阳系面员大都在同一时期形成。
依照人类历史划分朝代的办法,地球自形成以来也可以划分为5个“代”,从古到今是:太古代、元古代、古生代、中生代和新生代。有些代还进一步划分为若干“纪”,如古生代从远到近划分为寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪和二叠纪;中生代划分为三叠纪、侏罗纪和白垩纪;新生代划分为第三纪和第四纪。这就是地球历史时期的最粗略的划分,我们称之为“地质年代”,不同的地质年代人有不同的特征。
距今24亿年以前的太古代,地球表面已经形成了原始的岩石圈、水圈和大气圈。但那时地壳很不稳定,火山活动频繁,岩浆四处横溢,海洋面积广大,陆地上尽是些秃山。这时是铁矿形成的重要时代,最低等的原始生命开始产生。
距今24亿年-6亿年的元古代。这时地球上大部分仍然被海洋掩盖着。到了晚期,地球上出现了大片陆地。“元古代”的意思,就是原始生物的时代,这时出现了海生藻类和海洋无脊椎动物。
距今6亿年-2.5亿年是古生代。“古生代”是意思是古老生命的时代。这时,海洋中出现了几千种动物,海洋无脊椎动物空前繁盛。以后出现了鱼形动物,鱼类大批繁殖起来。一种用鳍爬行的鱼出现了,并登上陆地,成为陆上脊椎动物的祖先。两栖类也出现了。北半球陆地上出现了蕨类植物,有的高达30多米。这些高大茂密的森林,后来变成大片的煤田。
距今2.5亿年-0.7亿年的中生代,历时约1.8亿年。这是爬行动物的时代,恐龙曾经称霸一时,这时也出现了原始的哺乳动物和鸟类。蕨类植物日趋衰落,而被裸子植物所取代。中生代繁茂的植物和巨大的动物,后来就变成了许多巨大的煤田和油田。中生代还形成了许多金属矿藏。
新生代是地球历史上最新的一个阶段,时间最短,距今只有7000万年左右。这时,地球的面貌已同今天的状况基本相似了。新生代被子植物大发展,各种食草、食肉的哺乳动物空前繁盛。自然界生物的大发展,最终导致人类的出现,古猿逐渐演化成现代人,一般认为,人类是第四纪出现的,距今约有240万年的历史。
人类居住的地球就是这样一步一步地一直演化到现在,逐渐形成了今天的面貌。
㈥ 地球的历史年代是怎样划分的
地球的发展历史划分为五个地质年代:太古代、元古代、古生代、中生代、新生代
㈦ 地球历史的地球早期的演化
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。
㈧ 地球的起源与发展史
关于地球的起源问题,已有相当长的探讨历史了。在古代,人们就曾探讨了包括地球在内的天地万物的形成问题,在此期间,逐渐形成了关于天地万物起源的"创世说"。其中流传最广的要算是《圣经》中的创世说。在人类历史上,创世说曾在相当长的一段时期内占据了统治地位。
自1543年波兰天文学家哥白尼提出了日心说以后,天体演化的讨论突破了宗教神学的桎梏,开始了对地球和太阳系起源问题的真正科学探讨。1644年,笛卡儿(R.Descartes)在他的《哲学原理》一书中提出了第一个太阳系起源的学说,他认为太阳、行星和卫星是在宇宙物质涡流式的运动中形成的大小不同的旋涡里形成的。一个世纪之后,布封(G.L.L. de Buffon)于1745年在《一般和特殊的自然史》中提出第二个学说,认为:一个巨量的物体,假定是彗星,曾与太阳碰撞,使太阳的物质分裂为碎块而飞散到太空中,形成了地球和行星。事实上由于彗星的质量一般都很小,不可能从太阳上撞出足以形成地球和行星的大量物质的。在布封之后的200年间,人们又提出了许多学说,这些学说基本倾向于笛卡尔的"一元论",即太阳和行星由同一原始气体云凝缩而成;也有"二元论"观点,即认为行星物质是从太阳中分离出来的。1755年,著名德国古典哲学创始人康德(I. Kant)提出"星云假说"。1796年,法国著名数学和天文学家拉普拉斯(P. S. Laplace)在他的《宇宙体系论》一书中,独立地提出了另一种太阳系起源的星云假说。由于拉普拉斯和康德的学说在基本论点上是一致的,所以后人称两者的学说为"康德-拉普拉斯学说"。整个十九世纪,这种学说在天文学中一直占有统治的地位。
到本世纪初,由于康德-拉普拉斯学说不能对太阳系的越来越多的观测事实做出令人满意的解释,致使"二元论"学说再度流行起来。1900年,美国地质学家张伯伦(T. C. Chamberlain)提出了一种太阳系起源的学说,称为"星子学说";同年,摩耳顿(F. R. Moulton)发展了这个学说,他认为曾经有一颗恒星运动到离太阳很近的距离,使太阳的正面和背面产生了巨大的潮汐,从而抛出大量物质,逐渐凝聚成了许多固体团块或质点,称为星子,进一步聚合成为行星和卫星。
现代的研究表明,由于宇宙中恒星之间相距甚远,相互碰撞的可能性极小,因此,摩耳顿的学说不能使人信服。由于所有灾变说的共同特点,就是把太阳系的起源问题归因于某种极其偶然的事件,因此缺少充分的科学依据。著名的中国天文学家戴文赛先生于1979年提出了一种新的太阳系起源学说,他认为整个太阳系是由同一原始星云形成的。这个星云的主要成份是气体及少量固体尘埃。原始星云一开始就有自转,并同时因自引力而收缩,形成星云盘,中间部分演化为太阳,边缘部分形成星云并进一步吸积演化为行星。
总的来说,关于太阳系的起源的学说已有40多种。本世纪初期迅速流行起来的灾变说,是对康德-拉普拉斯星云说的挑战;本世纪中期兴起的新的星云说,是在康德-拉普拉斯学说基础上建立起来的更加完善的解释太阳系起源的学说。人们对地球和太阳系起源的认识也是在这种曲折的发展过程中得以深化的。
至此,我们可以对形成原始地球的物质和方式给出如下可能的结论。形成原始地球的物质主要是上述星云盘的原始物质,其组成主要是氢和氦,它们约占总质量的98%。此外,还有固体尘埃和太阳早期收缩演化阶段抛出的物质。在地球的形成过程中,由于物质的分化作用,不断有轻物质随氢和氦等挥发性物质分离出来,并被太阳光压和太阳抛出的物质带到太阳系的外部,因此,只有重物质或土物质凝聚起来逐渐形成了原始的地球,并演化为今天的地球。水星、金星和火星与地球一样,由于距离太阳较近,可能有类似的形成方式,它们保留了较多的重物质;而木星、土星等外行星,由于离太阳较远,至今还保留着较多的轻物质。关于形成原始地球的方式,尽管还存在很大的推测性,但大部分研究者的看法与戴文赛先生的结论一致,即在上述星云盘形成之后,由于引力的作用和引力的不稳定性,星云盘内的物质,包括尘埃层,因碰撞吸积,形成许多原小行星或称为星子,又经过逐渐演化,聚成行星,地球亦就在其中诞生了。根据估计,地球的形成所需时间约为1千万年至1亿年,离太阳较近的行星(类地行星),形成时间较短,离太阳越远的行星,形成时间越长,甚至可达数亿年。
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,直到今天地球仍处于继续变冷的过程中。
二、地球的演化
地表的基本轮廓可以明显地分为两大部分,即大陆和大洋盆地。大陆是地球表面上的高地,大洋盆地是相对低洼的区域,它为巨量的海水所充填。大陆和大洋盆地共同构成了地球岩石圈的基本组成部分。因此,岩石圈的演化问题,也就是大陆和大洋盆地的构造演化问题。有关地球内部的结构请参见地球各圈层结构一节。
现在,绝大部分地球科学家都确认大陆漂移现象,并一致认为地球上海洋与陆地的结构分布和变化与大陆漂移运动直接相关。比较坚硬的地球岩石圈板块作为一个单元在其之下的地球软流圈上运动;由于岩石圈板块的相对运动,导致了大陆漂移,并形成了今天地球上的海洋和陆地的分布。地球岩石圈可分为大洋岩石圈和大陆岩石圈,总体上,前者的厚度是后者的一半,其中大洋岩石圈厚度很不均匀,最厚处可达80公里。
大部分大型的地球板块由大陆岩石圈和大洋岩石圈组成,但面积巨大的太平洋板块由单一的大洋岩石圈构成。地球上陆地面积约占整个地球面积的30%,其中约70%的陆地分布在北半球,并且位于近赤道和北半球中纬度地区,这很可能与地球自转引起的大陆岩块的离极运动有关。
在全球范围内,分布在大陆附近的大陆壳岛屿几乎全部位于大陆的东海岸一侧,个别一些大陆东部边缘,则被一连串的大陆壳岛屿构成的花彩状岛群所环绕,形成了显著的向东凸出的岛弧。这种全球大陆壳岛屿的分布特征,可以用岩石圈板块的普遍向西运动和边缘海底的扩张理论来加以解释。长期以来,人们就注意到地表上的某些大陆构造能够拼合在一起,这就好像是一个拼板玩具,特别是非洲的西海岸与南美洲的东海岸之间的吻合性最为明显。这种现象可以用大陆岩石圈的直接破裂和大陆岩块体的长期漂移得到解释。这就是我们后面将要介绍的关于杜托特提出的现今的大陆是由北半球的劳亚古陆和南极洲附近的冈瓦纳古陆的破裂后漂移形成的。
1966年,梅纳德(H. W. Menard)等汇集了当时所有的有关海洋深度的探测资料,再度进行了世界海洋深度的统计,得到全球陆地在海平面以上的平均高程为0.875公里,大洋的平均深度为3.729公里。大陆和大洋之间存在为海水所淹没的数拾公里宽的边缘地带,这个地带包括大陆架和大陆坡,两者共占地球表面积的10.9%。大陆地壳和大洋地壳的差异非常明显,大陆地壳的化学成份主要是花岗岩质,而大洋盆地下的岩石主要是由玄武岩或辉长岩构成。因此,整个地壳又可以分为大陆硅铝壳和大洋硅镁壳两大类型。
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1亿-2亿年间)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,但他们所做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,因此,直到现在我们还没有一个关于地球早期历史的统一的理论。
地球的起源还应当追溯到与生命有关的元素及化学分子的起源。因而,生命的起源过程应当从宇宙形成之初、通过所谓的“大爆炸”产生了碳、氢、氧、氮、磷、硫等构成生命的主要元素谈起。 大约在66亿年前,银河系内发生过一次大爆炸,其碎片和散漫物质经过长时间的凝集,大约在46亿年前形成了太阳系。作为太阳系一员的地球也在46亿年前形成了。接着,冰冷的星云物质释放出大量的引力势能,再转化为动能、热能,致使温度升高,加上地球内部元素的放射性热能也发生增温作用,故初期的地球呈熔融状态。高温的地球在旋转过程中其中的物质发生分异,重的元素下沉到中心凝聚为地核,较轻的物质构成地幔和地壳,逐渐出现了圈层结构。这个过程经过了漫长的时间,大约在38亿年前出现原始地壳,这个时间与多数月球表面的岩石年龄一致。 生命的起源与演化是和宇宙的起源与演化密切相关的。生命的构成元素如碳、氢、氧、氮、磷、硫等是来自“大爆炸”后元素的演化。资料表明前生物阶段的化学演化并不局限于地球,在宇宙空间中广泛地存在着化学演化的产物。在星际演化中,某些生物单分子,如氨基酸、嘌呤、嘧啶等可能形成于星际尘埃或凝聚的星云中,接着在行星表面的一定条件下产生了象多肽、多聚核苷酸等生物高分子。通过若干前生物演化的过渡形式最终在地球上形成了最原始的生物系统,即具有原始细胞结构的生命。至此,生物学的演化开始,直到今天地球上产生了无数复杂的生命形式。 38亿年前,地球上形成了稳定的陆块,各种证据表明液态的水圈是热的,甚至是沸腾的。现生的一些极端嗜热的古细菌和甲烷菌可能最接近于地球上最古老的生命形式,其代谢方式可能是化学无机自养。澳大利亚西部瓦拉伍那群中35亿年前的微生物可能是地球上最早的生命证据。 原始地壳的出现,标志着地球由天文行星时代进入地质发展时代,具有原始细胞结构的生命也开始逐渐形成。但是在很长的时间内尚无较多的生物出现,一直到距今5.4亿年前的寒武纪,带壳的后生动物才大量出现,故把寒武纪以后的地质时代称为显生宙。 在中世纪的西方,《圣经》上描绘的上帝,在七天之内造就万物之说,也是非常流行。今天看来,生命起源并不像这些古老传说,或神话描绘的那样,但表明了人类长期以来,对生命起源之谜倾注了极大地热情和关注。但生命起源应该是怎样发生的?科学又是怎样对这一千古之谜进行探索的?我们已经取得了哪些进展?还有哪些问题没有解决? 首先,生命起源之说,第一个谜是生命的时间,起源的时间问题。在中世纪的西方,人们对《圣经》的上帝造人的故事是深信不疑的,在1650年,一位爱尔兰大主教根据圣经上所描述的,计算出上帝创世的确切时间是公元前4004年,而另一位牧师甚至把创世时间更加精确地计算到公元前4004年10月23号上午九点钟。也就是说,生命起源距今的话,是六千年前,这当然不是真的,而真的是什么呢?真的就是用科学的回答,科学是怎么回答这个生命起源的时间呢?那就是说用化石,是保存在岩石中的化石来回答。我们知道,生物死亡后,它们的遗迹在适当的条件下,就保存在岩石之中,我们把它们称作化石。地质历史中形成的岩层,就像一部编年史书,地球生物的演化历史,就深深埋藏在这些岩石之中,年代越久远的生物化石,就保存在岩层的最底层。 迄今为止,我们发现了最古老的生物化石是来自澳大利亚西部,距今约三十五亿年前的岩石,这些化石类似于现在的蓝藻,它是一些原始的生命,是肉眼看不见的。它的大小只有几个微米,到几十个微米,因此我们可以说,生命起源它不晚于三十五亿年。同时我们知道地球的形成年龄大约在46亿年前,有这两个数据我们就可以看到生命起源的年龄,大致可以界定在46亿年到35亿年之间。今天,随着科学的发展,地质学家认为,在地球形成的早期,地球受到了大量的小行星和陨石的撞击,它是不适合生命的生存。与其说当时地球上有生命,还不如说它在毁灭生命,因此地球上生命起源的时间,它不早于40亿年。另外,在格陵兰的38.5亿年的岩石中发现了碳,这个碳的话,我们知道,碳分两种,一个无机碳,一个有机碳。另外,这个碳的话,它有重碳和轻碳之分,因此我们可以根据这个碳之中的轻碳和重碳之比,就来可以推测这些碳的来源。科学家根据碳的同位素分析,推测这些碳它是有机碳,是来源于生物体。也就是说,这样我们把生命起源的时间大大缩短了,也就是在距今40亿年到38亿年之间,自从地球上生命起源之后,一直到现在45亿年,就是生生不息的生命演化史
㈨ 地球发展史
时代划分
序号 史前时代 百万年(距今)单位:亿 主要事件
1 冥古宙、隐生代 45.7 地球出现
2 原生代 41.5 地球上出现第一个生物——细菌
3 酒神代 39.5 古细菌出现
4 早雨海代 38.5 地球上出现海洋和其他的水
5 太古宙、始太古代 38 地球的岩石圈、水圈、大气圈和生命形成
6 古太古代 36 蓝绿藻出现
7 中太古代 32 原核生物进一步发展
8 新太古代 28 第一次冰河期
9 元古宙、成铁纪 25
10 层侵纪 23
11 造山纪 20.5
12 古元古代、固结纪 18
13 盖层纪 16
14 延展纪 14
15 中元古代、狭带纪 12
16 拉伸纪 10 罗迪尼亚古陆形成
17 成冰纪 8.50 发生雪球事件
18 新元古代、埃迪卡拉纪 6.3 多细胞生物出现
19 显生宙、古生代、寒武纪 5.42 寒武纪生命大爆发
20 奥陶纪 4.883 鱼类出现;海生藻类繁盛
21 志留纪 4.437 陆生的裸蕨植物出现
22 泥盆纪 4.16 鱼类繁荣;两栖动物出现;昆虫出现;种子植物出现;石松和木贼出现
23 石炭纪 3.592 昆虫繁荣;爬行动物出现;煤炭森林;裸子植物出现;爬行动物出现
24 中生代、二叠纪 2.99 二叠纪灭绝事件,地球上95%生物灭绝;盘古大陆形成
25 三叠纪 2.51 恐龙出现;卵生哺乳动物出现
26 侏罗纪 1.996 有袋类哺乳动物出现;鸟类出现;裸子植物繁荣;被子植物出现
27 白垩纪 0.996. 恐龙的繁荣和灭绝、白垩纪-第三纪灭绝事件,地球上45%生物灭绝,有胎盘的哺乳动物出现
28 新生代 0.655 到现在
46亿年前,地球诞生了。地球演化大致可分为三个阶段。 50亿年以前的太阳系
第一阶段为地球圈层形成时期,其时限大致距今4600至4200Ma【百万年】。刚刚诞生时候的地球与今天大不相同。根据科学家推断,地球形成之初是一个由炽热液体物质(主要为岩浆)组成的炽热的球。随着时间的推移,地表的温度不断下降,固态的地核逐渐形成。密度大的物质向地心移动,密度小的物质(岩石等)浮在地球表面,这就形成了一个表面主要由岩石组成的地球。 第二阶段为太古宙,元古宙时期。其时限距今4200至543Ma。地球自不间断地向外释放能量。由高温岩浆不断喷发释放的水蒸气,二氧化碳等气体构成了非常稀薄的早期大气层---原始大气。随着原始大气中的水蒸气的不断增多,越来越多的水蒸气凝结成小水滴,再汇聚成雨水落入地表。就这样,原始的海洋形成了。 第三阶段为显生宙时期,其时限由543Ma至今。显生宙延续的时间相对短暂,但这一时期生物及其繁盛,地质演化十分迅速,地质作用丰富多彩,加之地质体遍布全球各地,广泛保存,可以极好的对其进行观察和研究,为地质科学的主要研究对象,并建立起了地质学的基本理论和基础知识。 为了证明生命起源与地球,人们在不断通过实验和推测等研究方法,提出各种假设来解释生命诞生。1953年美国青年学者米勒(Stanley L.Miller)在实验室用充有甲烷(CH4),氨气(NH3),氢气(H2)和水(H2O)的密闭装置,以放电,加热来模拟原始地球的环境条件,合成了一些氨基酸,有机酸和尿素等物质,轰动了科学界。这个实验的结果更具说服力地表明,早期地球完全有能力孕育生命体,原始生命物质可以在没有生命的自然条件下产生出来。 一些有机物质在原始海洋中,经过长期而又复杂的化学变化,逐渐形成了更大,更复杂的分子,直到形成组成生物体的基本物质---蛋白质,以及作为遗传物质的核酸等大分子物质。在一定条件下,蛋白质和核酸等物质经过浓缩,凝聚等作用,形成了一个由多种分子组成的体系,外面有了一层膜,与海水隔开,在海水中又经历了漫长,复杂的变化,最终形成了原始的生命。 总之,地球的演变使得生命诞生于地球。