地球的起源与演化

温诚荣

地球的起源与演化

一、太阳系的形成

要了解地球的起源，必须先了解太阳系的形成

在中国古代，人们认为远古的时候还没有天地，宇宙间只有一团混沌气，在一万八千年前，有位盘古氏开天辟地，才有了日月星辰和大地。

《三五历纪》 云：天地浑沌如鸡子，盘古生其中。万八千岁，天地开辟，阳清为天，阴浊为地。盘古在其中，一日九变，神于天，圣于地。天日高一丈，地日厚一丈，盘古日长一丈，如此万八千岁。天数极高，地数极深，盘古极长。后乃有三皇。数起于一，立于三，成于五，盛于七，处于九，故天去地九万里。”

星云说

1755年，德国哲学家康德根据牛顿的万有引力原理，提出一个太阳系形成的假说，认为太阳系中的太阳、行星和卫星等是由星云——一种稀薄的云雾状微粒物质逐渐演化形成的。1796年，法国天文学家拉普拉斯也提出了与康德类似的星云说，后人常把两者合起来，统称“康德一拉普拉斯星云说”。这个假说在19世纪的大部分时间内占统治地位。

星云说认为：恒星的形成是银河弥漫的原始星云的某一个球状碎片，在自身引力的作用下不断收缩，产生旋涡，旋涡使星云碎裂成大量碎片，每个碎片又逐渐转化为恒星。太阳就是其中之一，它也不断收缩、旋转，在长期的运动中形成原始太阳。周围的物体不断聚合、碰撞，越转越大，就形成了今天的八大行星。行星周围的物质，也是这样渐渐形成了卫星。这就是太阳系形成的一个主要的假说。

康德和拉普拉斯他们认为太阳系是由一个庞大的旋转着的原始星云形成的。原始星云是由气体和固体微粒组成，它在自身引力作用下不断收缩。星云体中的大部分物质聚集成质量很大的原始太阳。

与此同时，环绕在原始太阳周围的稀疏物质微粒旋转的加快，便向原始太阳的赤道面集中，密度逐渐增大，在物质微粒间相互碰撞和吸引的作用下渐渐形成团块，大团块再吸引小团块就形成了行星。行星周围的物质按同样的过程形成了卫星。这就是康德——拉普拉斯星云说。

关于地球和太阳系起源还有许多假说，如碰撞说、潮汐说、大爆炸宇宙说等等。

中国天文学家戴文赛认为，在50亿年之前，宇宙中有一个比太阳大几倍的大星云。这个大星云一方面在万有引力作用下逐渐收缩，另外在星云内部出现许多湍涡流。于是大星云逐渐碎裂为许多小星云，其中之一就是太阳系前身，称之为“原始星云”，也叫“太阳星云”。由于原始星云是在湍涡流中形成的，因此它一开始就不停地旋转。

原始星云在万有引力作用下继续收缩，同时旋转加快，形状变得越来越扁，逐渐在赤道面上形成一个“星云盘”。组成星云盘的物质可分为“土物质”、“水物质”、“气物质”。这些物质在万有引力作用下，又不断收缩和聚集，形成许多“星子”。星子又不断吸积、吞并，中心部分形成原始太阳，在原始太阳周围形成了“行星胎”。原始太阳和行星胎进一步演化，而形成太阳和九大行星，进而形成整个太阳系。

二、地球的形成

对地球起源和演化的问题进行系统的科学研究始于十八世纪中叶，至今已经提出过多种学说。一般认为地球作为一个行星，起源于46亿年以前的原始太阳星云。地球和其他行星一样，经历了吸积、碰撞这样一些共同的物理演化过程。

形成原始地球的物质主要是星云盘的原始物质，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。

三、地球的演化

（一）早期的演化

形成初期的化学性变化

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。

（二）陆地的起源

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43.74亿年。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。

（三）大洋的起源与演化

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，20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十亿年来大规模地壳运动的结果。

（四）山川的形成

山川的形成主要是由于‌地壳运动和板块构造作用。‌‌

山川的形成主要归因于地壳运动和板块构造作用。地壳运动包括地壳的升降、褶皱、断裂等，这些过程使得地表的岩石和土壤发生变形，形成了山脉、河流等地形特征。板块构造作用则是指地球上的岩石圈被分割成若干块，这些板块在地球内部热力的作用下会发生移动，当两个板块相互挤压时，就会形成山脉；当板块分离时，则会形成裂谷或海洋。此外，火山活动也是山川形成的一个重要因素，火山喷发时，岩浆冷却凝固形成火山锥，随着时间的推移，这些火山锥逐渐演变成山脉的一部分。

具体来说，山川的形成过程包括以下几个方面：

‌地壳运动‌：地壳的升降、褶皱、断裂等运动使得地表形态发生变化，形成山脉、盆地等地形。

‌板块构造作用‌：地球上的岩石圈被分割成若干块，这些板块在地球内部热力的作用下会发生移动，相互挤压或分离，形成山脉或裂谷。

‌火山活动‌：火山喷发时，岩浆冷却凝固形成火山锥，随着时间的推移，这些火山锥逐渐演变成山脉的一部分。

这些过程共同作用，塑造了今天我们所看到的山川地貌。

四、月亮的诞生

在遥远的宇宙中，大约在45亿年前，原始地球碰到了一个对手，它也是月亮的前身。当时这个名叫忒伊亚天体，大约有火星的2~3倍左右，它的速度极快，像是被某种巨大的力量所驱使，以飞快的速度踏踏实实地撞向地球。

这一刻，地球的命运被彻底改变。

忒伊亚的撞击力无比强大，瞬间释放出巨大的能量，仿佛要将整个地球炸开。地球在瞬间颤抖，大陆在剧烈震动，海洋在沸腾，大气层在颤抖。无数生物在这场灾难中消亡，整个地球陷入了一片混乱和哀嚎。

然而，忒伊亚的撞击并不仅仅带来了毁灭。在撞击之后，忒伊亚的碎片四溅，围绕着地球运行。这些残留的撞击碎块，在长年累月中不断碰撞、合并、聚合。岁月悠悠，这些碎块逐渐冷却，固化，最终形成了我们今天所看到的月球。

月球，这个我们看似熟悉的天体，其实是忒伊亚撞击地球后的遗迹。它的存在，让我们得以见证那场古老灾难的伟大和惨烈。

忒伊亚的撞击，虽然给地球带来了无尽的痛苦和破坏，但却也塑造了我们今天所看到的世界。没有那场撞击，或许就没有我们今天的地球，也没有那颗陪伴我们亿万年的月球。

月球作为地球唯一的天然卫星，它的存在对地球的运动和生态环境有着至关重要的影响。月球的潮汐力死死地将地球锁住，它减缓了地球的自转速度。当初，地球的自转速度是非常快的，如果没有月球的潮汐力，地球自转一圈只需要大约12小时，而不是现在的24小时。

月球的诞生对地球的自转速度产生了重要影响。由于月球的引力，地球的自转速度被减缓，这样使得地球的倾斜角度保持稳定，从而为地球的气候环境提供了稳定性，也使得地球上的生物能够在这稳定的环境中生存。

月球对地球的影响不仅仅如此，它还为地球之后诞生生命打下了基础。月球的引力导致地球上的海洋潮起潮落，这种周期性的潮汐运动对海洋中的生物有着重大的影响。更重要的是，月球的引力还促进了地球磁场的发展。地球磁场可以保护地球的生命免受太阳风等有害辐射的影响，同时也为海洋生物提供了生存必需的磁环境。

正是月球的诞生才彻底改变了地球的运动状态，为地球生命的诞生和演化提供了稳定的环境。月球作为地球的伴侣，它的存在让我们更加了解地球和宇宙的奥秘。

这颗巨大的彗星撞击地球那一刻，无尽的热量和能量瞬间释放，宛如宇宙的愤怒在一瞬间凝聚。地球颤栗着承受了这一重击，地壳崩裂，火山喷发，巨浪滔天。然而，这场灾难的余波并未就此消散，而是带来了一个意想不到的结果。

在彗星撞击地球后的一段时间里，地球上空笼罩着一层厚厚的烟尘和云雾。它们遮住了太阳的光辉，使地球陷入了一片黑暗之中。在这场持续了300万年的降雨中，地球上的水循环被重新塑造，海洋、河流、湖泊和湿地等水体开始在地球上出现。这些水体不仅为地球带来了生机，更为地球生命的诞生打下了坚实的基础。

在这漫长的岁月里，地球逐渐摆脱了黑暗，迎来了新的光明。生命开始在地球上繁衍生息，而水作为生命的源泉，成为了这个蓝色星球上所有生物不可或缺的元素。河流汇入海洋，海洋产生云雾，云雾又形成新的河流，生命的循环在水的驱动下不断运转。地球从此成为了一颗生机勃勃的蓝色星球，充满了无尽的可能。

五、地球诞生后的历程

大约四十六亿年前，地球诞生。

隐生宙：

隐生代是46亿年前—5.7亿年。而前寒武纪约占全部地史时间的六分之五，由于没有足够的生物依据，我们对地球的这段历史知之甚少。

隐生宙分成太古代和元古代两个时期。

太古代

这时地球上无任何生命，也没有水和土壤，全为裸露的岩石。地球冷却形成原始地壳。地球就象一个巨大的岩浆球，火山爆发频繁，表面覆盖着熔化的岩浆海洋。大雨连续不断地下了足有几百万年。

太古代是地球演化史中具有明确地质记录的最初阶段，一般指距今46亿年前地球形成到25亿年前原核生物（包括细菌和蓝藻）普遍出现这段地质时期。大约39亿年前，地球形成最初的永久地壳；至35亿年前大气圈、海水开始形成；在距今约33亿年前，形成了地球上最古老的沉积岩；到31亿年前，地球上开始出现比较原始的藻类和细菌；在29亿年前，地球上出现了大量蓝绿藻形成叠层石。在太古代的最初期，地球上尚无生命出现，生命元素在强烈的宇宙射线、雷电轰击下首先形成简单有机分子，后发展为复杂有机分子，再形成准生命的凝聚体，进而由凝聚体进化成原始生命。

元古代

开始于大约25亿年以前，结束于大约5.7亿年以前。在18亿年前，火山活动仍相当频繁，大陆地壳不断增厚，开始发育有盖层沉积，蓝藻和细菌继续发展，已有最低等的真核生物—绿藻出现。18亿年以后的元古代称为震旦纪，震旦为中国之古称，是在中国最先被调查研究的，称为藻类时代。

震旦纪：元古代晚期，时间为大约从18亿年前到5.7亿年以前，发生已知的最古老的一次冰期--震旦纪大冰期。蓝藻和细菌继续发展，12亿年到6亿年前，有细胞核、细胞器分化的最低等的真核生物--绿藻出现了，进入了一个生命大发展的阶段，海洋生物主要是蓝藻、红藻和绿藻，原生动物大概也是在这个时期出现的；到距今6亿年前时，已经有浮游动物、杯海绵和腔肠动物了。

显生宙：

显生宙是从5.7亿年以前开始出现大量较高级动物的寒武纪以后到至今的地史阶段，包括古生代、中生代和新生代，生物逐渐向较高级进化。

古生代

大约在距今六亿年时，地球进入古生代。古生代的重要时期有六纪，即寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪和二叠纪。

寒武纪在距今六——五亿年之间，地球上无脊椎动物和海藻类开始大量繁殖。

奥陶纪在距今五——四亿四千万年之间，陆地上开始出现最早的脊椎动物。

志留纪在距今四亿四千万年——四亿年之间，陆地上开始出现植物。

泥盆纪在距今四——三亿五千万年之间，海洋内鱼类繁盛，出现了最早的水陆两栖动物。

石炭纪在距今三亿五千万年——二亿七千万年之间，地球上水陆两栖动物繁盛，陆地上出现原始的爬行动物。

二叠纪在距今二亿七千万年——二亿二千五百万年之间，地球上出现类似哺乳动物的爬行动物。

中生代

距今二亿二千五百万年时，地球进入了中生代。中生代有三纪值得关注，即三叠纪、侏罗纪和白垩纪。

三叠纪在距今二亿二千五百万年——一亿八千万年之间，陆地上出现最早的恐龙。

侏罗纪在距今一亿八千万年——一亿三千五百万年之间，陆地上恐龙繁盛，出现最早的哺乳动物和鸟类。

白垩纪在距今一亿三千五百万年——一亿二千万年之间，仍属于恐龙时期，恐龙、有袋类和胎盘类哺乳动物并存，出现最早的有花植物。

新生代

新生代主要是第三纪和第四纪。

新生代第三纪分为五世，即古新世、始新世、渐新世、中新世和上新世。始新世约在距今六千万年——四千万年之间，此时地球上已经出现最早的灵长类动物。中新世约在距今二千五百万年——一千二百万年之间。约在一千二百万年时，人类出现了。

新生代第四纪的重点在更新世和全新世。更新世早期约在距今三百万年——一百五十万年之间，此时已经出现完全形成的人，中国的元谋人诞生。更新世中期约在距今一百五十万年——一百万年之间，中国出现了蓝田人和北京人。更新世晚期约在距今五十万年——十万年之间，中国出现了马坝人和大荔人。

远古历史就从更新世的早期起，因为中华民族的创世纪始祖盘古就是在这一时期所诞生。

全新世：开始于12000～10000年前持续至今，以第四纪最后一次冰期结束、气候转暖为标志，因此又称为冰后期。冰后期海面迅速上升，到距今11000年上升到－60米位置，距今6000年海面已接近现今位置，其后仅有轻微的变化。植物界的进化比较缓慢，哺乳动物的面貌已和现代基本一致，人类进入现代人阶段。