科普 : 劉青松—地球奧秘

編者按：2020年9月20日，深圳市委宣傳部、深圳市社科聯聯合邀請南方科技大學劉青松教授作客深圳市民文化大講堂，為市民朋友們做了一場題為「地球奧秘」的精彩講座。

地球在46億年前誕生，奧秘眾多，人類從未停止過對地球謎題的探索。今天我們從地學角度來梳理地球發展的脈絡，包括地球的起源、地球的演化以及人類幾千年的文明發展歷史。

一、原始地球

太陽系原始星雲

太陽系起源於一片原始星雲，這些原始物質慢慢演化，聚集成第二代恆星—太陽。剩餘物質圍繞太陽運轉，在不同軌道上慢慢聚集成眾多行星，包括地球。

月球環形山的奧秘

科學家認為太陽系早期，在地球同一軌道上還有另外一顆比較大的行星，它最終和地球相撞，把地球表層的物質撞飛，這些物質隨著時間的推移形成了月球。

月球上面有很多環形山，表明它在演化過程中曾經受到非常多的天體撞擊。早期太陽系中存在著大量的隕石，距離月球很近的地球也應該受到過這種撞擊。地球在演化，其表面長出草木，地球的板塊構造運動把好多早期痕跡都抹掉了。所以，我們研究地球早期歷史，除了要研究地球本身，還要研究月球。

傾斜地軸的奧秘？

由於地軸的傾斜和地球的公轉，地球表面接受太陽照射的能量會變化，氣球的氣候也會因此冷暖交替。現在地軸的北端剛好指向北極星，但是幾千年以後，北極星就會變，這是因為地球的傾斜角度一直有微小的變化。

地球早期的形成過程

全球物質循環，構造環境生物協同演化。

地球早期是個大火球一樣，表面全都是巖漿，生命無法存在。當地球溫度降低後，巖漿就開始結晶，密度小巖石浮到地表，密度大的則沉入地幔，地球開始慢慢分層，而且每一層都有各自的特點和演化路徑，同時不同層之間又相互影響。比如地表的洋殼有可能會俯衝到地幔下部，從而改變了下地幔的性質。相對於下地幔原有的物質，這些俯衝下去的物質較輕，所以當它們被再次融化時，就會上升，這就是全球規模地幔熱柱的一種形成機制。每一次地幔熱柱的噴發，都會對地表環境造成不可估量的影響，生物也會因此產生大滅絕事件。

二、地球簡史

在地質歷史研究中，我們用「宙」、「代」、「紀」、「世」來劃分地球的年代，越後面代表的年代間隔越短。如果以「代」為單位，從古至今地球演化經歷了冥古代、太古代、元古代、古生代、中生代、和新生代。

冥古代（46億年到40億年）

冥古代是地球的嬰幼兒時期，相當於0—6歲。這個時期地球經歷了早期演化，已經形成了地核，但是地表還沒有形成穩定的地殼。同時開始出現早期的大氣和海洋，為生命的誕生造就了搖籃。冥古代的結束基本以月球隕石雨結束時間為界限，大致在40億年。

太古代（40億年到25億年）

太古代是地球的青少年期，就是6—21歲的時候。這時期月球上隕石撞擊慢慢停止，地球也降溫了，環境也逐漸變好，經過漫長的歲月出現了最早的生命—原核生物。原核生物是沒有成形的細胞核或者線粒體的一類單細胞生物，與真核生物向相比較，它們的結構更簡單，但是它們的生活習性非常廣，在很多惡劣的環境裡都能生存，這可能也是原核生物能最早出現在地球上的主要原因。

到了太古代晚期（27-25億年）的時候，生物特徵就已經變得很明顯了，證據就是大名鼎鼎的「疊層石」，疊層石就是層層疊疊在一起的石頭。這些石頭其實是藍細菌等低等微生物的生命活動引起的礦物沉澱，科學家根據它們推斷出地球早期是有生命的。

有了生命以後，它開始吸入二氧化碳，放出氧氣，早期地球氧氣很少，所以對於有些生物來講氧氣就是它產生的廢氣。 對於動物、人類來講，氧氣是我們所需要吸入的物質，這是一個物質循環的過程，所以氧氣開始增加的原因就是因為生命活動的開始。

元古代（25億年到5.42億年）

元古代是地球的中年期。這段時期地球表層冷卻的越來越多，地殼也就越來越多，這些地殼像小孤島一樣在地球上飄來飄去，最後它們就碰撞在一起，形成一個統一的泛大陸。時間慢慢挪到6.8-6億年前，此時，離元古代結束還有一億多年，地球上出現了複雜的生物，也就是低等的無脊椎動物。這種生物長的都是扁扁長長的，它們沒有眼睛，沒有鼻子，它們靠擴大身體表面來吸收營養。

古生代（5.2億年到2.51億年）

古生代是地球的中年期，就是43歲多一點。這個和之前相比其實是很短的時間。但是這個時期有化石可以研究細節，所以這個時候我們把「代」細分成紀，比如寒武紀、泥盆紀、奧陶紀、志留紀、石炭紀、二疊紀等等。這些名字聽起來有些古怪，但都有來歷的，一般都以最初發現這些地層的地點或者當地民族稱呼來命名的：

·寒武紀、泥盆紀：地名；

·奧陶紀和志留紀：當地民族名稱；

·石炭紀是：地層中含有煤炭；

·二疊紀：地層具有明顯二層結構。

寒武紀（5.42-4.88億年）

寒武紀時期海洋裡生命大爆發，各種形式的生命開始出現，開始競爭，但陸地還是一片荒蕪。生物的身體也開始分化了，有了頭和胸部，開始長眼睛，比如三葉蟲，它的眼睛是一種礦石。

奧陶紀（4.88-4.43億年）

奧陶紀最大的特徵就是筆石特別繁盛。奧陶紀氣候溫和，與寒武紀對比，奧陶紀大氣層已經形成臭氧，為生物從海洋進化到陸地做好了保護傘。同時海洋生物太茂盛，一些生物不得不轉向陸地，尋求新的天地。奧陶紀還有一個叫鸚鵡螺，鸚鵡螺體型比較大，是典型的食肉動物。為了保護自己，此時的三葉蟲不得不進化出身上的刺。海洋無脊椎動物的發展同時伴隨的是疊層石的衰落。奧陶紀末的時候，地球溫度急劇變冷，海洋中大部分生物滅絕。

志留紀（4.43-4.16億年）

到了志留紀，植物終於演化出適應陸地生活的裝備，節肢動物也開始在陸地上活動。志留紀早期的時候很多陸地還在海平面下面，到了志留紀晚期，出現了大面積的隆升，陸地面積逐漸擴大。

泥盆紀（4.16-3.59億年）

到了泥盆紀脊椎動物魚類開始出現，追尋植物的腳步，兩棲動物也開始登陸。到了泥盆紀後期的時候，植物開始大型化，出現超過20米的裸子植物，形成了森林。植物茂盛，光合作用強，大氣中的氧氣濃度也就越高，同時二氧化碳濃度降低，溫室效應變弱，全球開始變冷。

石炭紀（3.59-2.86億年）

石炭紀時期陸地面積進一步加大，植物更加繁榮，植物死後沉積下來，在適當的條件下形成了煤。石炭紀是形成煤的主要時期，佔全世界煤儲量的一半左右。

經歷了泥盆紀的洗禮，動物上陸，在石炭紀開始快速發展。由於有森林的存在，昆蟲類也開始大量繁榮。而且這些蟲子還非常巨大，其中包括體長一米的巨型蜻蜓，這時期陸地上的霸主基本就是兩棲類和巨型昆蟲類。在泥盆紀後期又發生了生物滅絕事件，巨型昆蟲和兩棲類動物都損失慘重，爬行類動物開始發展。

二疊紀（2.86-2.45億年）

到了二疊紀，爬行類生物的發展期，過去隆升的大陸逐漸拼合形成了另一個超級大陸－盤古大陸。此時三葉蟲也終於要退出歷史的舞臺，現代爬行類、鳥類和哺乳類動物的祖先開始出現。但是在二疊紀末期歷史再次重演，又一次生物滅絕事件幾乎掃蕩了海洋中90%以上的生物。

三疊紀（2.45-2.0億年）

三疊紀時期陸地上的爬行動物開始大發展。三疊紀早期，全球氧氣含量較低，一些陸地生物無法適應陸地上的低氧環境，逐漸又遷回到海裡。於是，海裡面出現了會遊泳的爬行類：魚龍或者蛇頸龍（2.45-2.4億年），在三疊紀末期出現了恐龍。

中生代（2.30-1.37億年）

中生代是恐龍繁衍的時代，包括三疊紀、侏羅紀和白堊紀。這個時期的恐龍越長越大，有的重達100多噸，站起來好幾十米高。

科學家研究發現，在6500萬年前白堊紀時期由於小行星的撞擊等原因導致了當時恐龍的大滅絕，只有很小的動物，如小型哺乳動物等活了下來並慢慢興起，直到最近幾百萬年最終進化出人類。

三、人類歷史

在四五百萬年前，出現了原始的猿猴，然後又演化了幾百萬年，才慢慢變成人類。人類進化特別的快。但是作為人類整體是很孤獨的，貓科動物有36種，蝴蝶有14000多種，而人類只有一種，現在世界上有黑人、白人、黃種人、棕種人四種膚色的人類，雖然他們膚色不同，但是在生物學上都屬於同一人種，因為他們之間是可以通婚產生後代的。

現在地球上所有人類都屬於智人，不存在任何亞種。從早期的猿人、直立人、早期智人、到現在的智人，人類的大腦逐漸變大。在13萬年以前智人其實不孤獨，世界上還同時存在尼安德特人、智人、弗洛裡斯小矮人、西伯利亞丹尼索瓦人，他們都是人類，但是從基因角度來說他們又是不同的。

人類一直在和大自然做鬥爭，經過幾百萬年慢慢發展起來了。但是早期的人類沒有生活在食物鏈的頂端，而是在中層左右。通過全球的基因普查，發現現在全世界的人都屬於智人。科技家推斷人類最早的祖先很少，是只有幾十個或幾百個人的一個小團體，當然當時地球上肯定還有其它人類，只是他們最後全都滅絕了。就這幾十個或者幾百個人類活下來了，繁衍到今天有70多億人的龐大群體。

7萬年前智人走出非洲，到達歐亞大陸，4萬年前到澳大利亞，1萬年前才跨越白令海峽到了美洲。尼安德特人3萬年前滅絕，1.2萬年前弗洛裡斯人滅絕，人類在很短的時間內向全球擴散，一路高歌猛進，一下子跑到了食物鏈的頂端。

人類從生物上完全受大自然的塑造，億萬年過去了，人類本質沒有什麼變化，也就是說如果把1萬年前或者4萬年前生的小朋友放到現在的學校裡面培養，他們應該也會考上大學，從智力來講我們當然變聰明了，但是沒有什麼本質的變化，只是由於我們知識積累，知道得更多了。

地球地質環境與人類文明發展

地球一直在變化，不論是生物還是地質環境，2.5億年前的地球海陸分布和現在完全不一樣。

現在地球上山脈很多的地方早期基本都是海洋，是海洋和陸地碰撞形成了山脈。例如在中國北邊的中亞造山帶，還有喜馬拉雅造山帶，從青藏高原到伊朗，到阿爾卑斯山，一直到西班牙，這一條線原本也都是海洋。還有科迪勒拉·安第斯造山帶，它是美洲大陸和太平洋碰撞產生的一系列山脈。另外還有個東非大裂谷，它是世界大陸上最大的斷裂帶，是地球板塊之間張裂拉伸形成的，這個地方也是人類文明產生的地方。

從地質學的角度去解讀人類文明的演化，可以更加了解人類為什麼這麼發展。人類文化演化大致有以下幾個特點：

第一個特點是在亞熱帶逐水而居。

古文明包括古埃及，蘇美爾、古印度和華夏都在亞熱帶這一條線上，都有豐富的水源和山脈礦產資源。

第二個特點是東西相爭。

東西向文明一開始是在山脈展開的，人類就在這些地方產生了爭端。比如希臘人和波斯人，希臘人和波斯人打來打去。後來，希臘北邊的馬其頓崛起了，馬其頓國王亞歷山大發起大東徵，徵服了波斯、埃及、小亞細亞、兩河流域，最終建立了亞歷山大帝國。

再後來羅馬帝國興起，它的領土沿著地中海轉了一大圈。羅馬帝國主要是利用地中海做生意。那個年代中國地大物博，種植農業就足夠，不需要漂洋過海做生意，所以地理環境部分決定文明的走向。古希臘也是海洋文明，因為它就算想種植農業也沒有那麼多耕地，所以為西方人早期文明又叫做海洋文明，或者商業文明。

羅馬帝國通過絲綢之路和中國貿易交流，並相互影響，但是他們之間直接交往卻不多，主要靠波斯在中間貿易，所以羅馬帝國和波斯之間為了搶佔絲綢之路不斷爭霸。

第三個特點是南北包抄。

東西相爭後，南邊也沒有閒著。阿拉伯帝國逐漸崛起，它的國土沿著整個東西向不斷擴張，後來為了壓制波斯人引入了突厥人做為僱傭軍，後來突厥人自己建立了王朝，從此阿拉伯帝國有了三大勢力：阿拉伯人、波斯人、突厥人。

到了公元13世紀的時候北邊遊牧民族興起。蒙古帝國西徵直接打到地中海，但是因為戰線拉太長，後來蒙古人退了，然後突厥人，阿富汗、土耳其興起，又把這個地方重新佔領了，還佔領了伊斯坦堡。

第四個特點是開拓海洋、世界無死角。

伊斯坦堡是歐洲和亞洲邊界交接的地方，它被佔領以後歐洲人沒有辦法和亞洲做生意了，為了經濟發展歐洲再次走向海洋，開啟了新格局。哥倫布1492年開始航海，他的航線基本上就是洋流的方向，順著洋流找到了中美洲文明。後續的故事有些偶然，也有必然。歐洲人開始了自己的航海時代，佔領了美洲，美洲也隨之發生翻天覆地的變化。

歐洲人從大西洋一路轉下來，到了印度，再以印度為基礎，在清朝末期和中國接觸，發生了直面戰爭。

海洋路線開發後，中東地位降低了，直到有一件事情的出現打亂了世界文明進程，那就是石油的發現。大量的石油使得中東又變成世界一個新的焦點，所以後來好多戰爭都和石油有關係。

總結人類歷史演化規律得出以下幾個觀點：

第一：我們作為人類其實真的很幸運，經過一輪一輪的淘汰，自然選擇了我們。

第二：人類祖先，包括現在的人類，在文明發展的時候會受到自然界地形地貌的制約。

人類文明在逐漸擴展生存空間，陸地佔完以後再發展海洋。中國現在大力發展海洋事業，深圳也因此成為全球的海洋中心城市。在深圳建設社會主義先行示範區中，也需要大力發展海洋。

現在，人類還處在海洋時代，如果不拓寬海洋，文明的生存空間就會變小。我相信，當海洋時代充分發展後，人類一定會再次拓寬生存空間，關注太空，所以將來人類走向太空是歷史必然！

嘉賓簡介

劉青松：博士、南方科技大學海洋科學與工程系講席教授，南科大教授會會長。主要從事古地磁學基本理論及其在地學中應用的基礎與綜合研究。2007年入選中國科學院百人計劃；2010年獲得國家傑出青年科學基金資助；2014年入選國家「萬人計劃」；2018年入選教育部特聘教授；2019年榮獲全國模範教師稱號。發表《碳寶曆險記》童話硬科普書，錄製《青松讀懂地球》系列科普視頻，組織編輯《十萬個高科技為什麼》系列科普書，發表SCI論文180餘篇，SCI 引用7000餘次。

完

（頭條號運營：深圳科築信息技術有限公司）