本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。
要了解「地球20億年前的樣子」,咱們得先科普一下,人類把地質年代,分為宙——代——紀——世——期;咱們現在處於顯生宙——新生代——第四紀——全新世;而20億年前的地球,位於元古宙——古元古代——造山紀。
造山紀開始於20億5000年前,結束於18億年前,而20億年前剛好在這個時期。
造山紀的地理環境
造山紀,顧名思義,在這個時期發生了大規模的造山運動,我們知道,地球形成於45億年前,在剛形成的時候,地球呈熔巖狀,地球上的水都以水蒸氣的形式徘徊在地球周圍,由於地球引力的存在,水蒸氣才沒有飄向太空。
後來,地球逐漸冷卻,水蒸氣才凝結成雨滴,以雨的形式落在地面。早期地球並沒有所謂的坑,和山脈、平原,而是只有一個大陸,也只有一個海洋。
但由於早期地球內部巖漿溫度比今天高,因此火山和板塊運動也比今天劇烈,在板塊運動和火山噴發的作用下,造山紀時期發生了一輪全球造山運動和板塊漂移,也形成了哥倫比亞超大陸。
但是注意的是,這次板塊運動形成的地理位置並不是我們如今的地理位置,事實上,地球的板塊運動從未停止過,直到今天都還在發生著,因此我們現在的海洋和大陸,並不是在造山紀時形成的。
有科學家研究,發現在地球的歷史中,至少經歷四次所有陸地聚合在一起,分別是距今18.5億年前的哥倫比亞超大陸,11億年前的羅迪尼亞超大陸,5億年前的潘諾西亞大陸,以及我們熟悉的距今2億年前的泛大陸。
由原核生物向真核生物演化
地球生命最早起源於40億年前,由於當時地球還沒有臭氧層,紫外線可以直接穿過地球大氣,到達地球表面。因此,生命無法誕生於陸地和淺海。所以科學家把目光轉移到了深海,後來也證明了生命起源於海底熱泉口附近,而且早期的生命都是單細胞生物。
經過了20億年的發展,地球生命依然保持著單細胞生命狀態,不同的是早期的細胞沒有以核膜為界的細胞核,只有擬核,體型也不大,平均直徑大概只有1~10μm,因此被稱為原核生物。
而真核生命雖然也是單細胞生物,但真核細胞平均直徑3~30μm,在生物學中,由於「大魚吃小魚,小魚吃蝦米」的等級觀念,因此真核生命相對於原核生命是更高級的生命狀態。
由於這個時期還沒有形成多細胞生物,因此地球生命最多的是單細胞藻類以及單細胞細菌。
細胞由原核生物走向真核生物,是生命的一次飛躍,而這次飛躍單細胞生命用了20億年,之後單細胞生命演化成多細胞生命又用了大概10億年。
早期生命的每一個小小的進步,所耗費的時間都是我們難以想像的長久。
大氧化事件
科學家發現,在23.3億年前,地球經歷過一次大氧化事件,由於單細胞藻類繁盛,造成地球上的游離氧增加,因此大氣中的氧含量上升。
具體是這樣的,科學家研究了已經變成化石的固醇,這是一種需要氧元素參與進來的有機化合物,通過研究發現,大氧化事件至少在23.3億年前。
由於氧氣的出現,導致一批厭氧細菌死亡,而適應氧氣的細菌活了下來。
氧氣的出現,還導致地球上生物發生氧化反應,最典型的是鐵元素和氧元素的結合,形成了鐵氧化物,並存在於地質巖中。
氧元素是極其活躍的元素,能和很多元素發生化學反應,因此這個時期的地質層出現氧氣的痕跡,至今還能發現。
冰河時代
太陽輻射到地球的熱量並不是穩定不變的,科學家發現,太陽目前雖然正處於主序星時期,但輻射的熱量每10億年增加10%左右,所以遠古時期地球溫度會比現在更冷一些。
而且,地球也會因為圍繞太陽運動的原因而產生大冰期與間冰期,在距今27-23億年前,地球症經歷一場為期4000萬年的大冰期,這場大冰期的遺蹟,至今能在澳大利亞和印度找到。
一天只有10幾個小時
由於地球形成不久,就與一顆火星差不多大小的行星忒亞一頭撞上了地球,產生的碎片飄向了太空,但由於地球引力存在,這些碎片圍繞著地球逐漸形成了衛星——月亮。
月亮之所以圍繞地球公轉,是因為地球引力對其起作用,同樣,月亮的引力也為地球起到剎車效應。由於月亮的引力,地球會形成潮汐,潮汐碰撞時會散發一部分能量,因此地球在慢慢減速中。
在地球形成之初,地球自轉一圈只有幾個小時,在20年左右地球自轉一圈只有10幾個小時,而在恐龍時期,地球自轉一圈需要20小時左右;我們所生活的今天,地球自轉一圈耗時24個小時。
關於地球20億年前的樣子,我們就聊到這裡。