地球的诞生和初期发展阶段
众所周知,地球是太阳系众多恒星中的一员,因此我们可以根据恒星演变的一般规律来推测地球的起源和早期演变史。
一颗恒星的演化大体上可以分成三个阶段:第一阶段为引力收缩阶段,即弥漫星云间的相互引力而集中成一团团星云,这是恒星形成的基础物质。第二阶段为核反应阶段,原始星云间相互碰撞发热,内部进行剧烈核反应,当这种反应产生的辐射压力达到与引力平衡时,恒星的体积和温度就不再明显变化,从而进入一个相对稳定的演化阶段。恒星在这一阶段停留的时间最长,占其生命的主要部分,可以称为“壮年期”;第三阶段是衰老阶段,即作为核聚变燃料的氢和氮等逐步耗尽。当恒星核心部分的氢全部聚变为氦以后,产能过程停止,辐射压力下降,星核将在引力作用下收缩。收缩产生的热将使温度再次升高,达到引发氦燃烧的程度,其结果是将3个氦核聚合成1个碳核。类似的过程继续下去,将合成氧、硅等越来越重的元素,直到合成最稳定的铁为止。这一阶段的恒星经历多次的膨胀收缩,光度也发生周期性的变化,可以说是恒星的“更年期”。
据此推测,地球最早可能是由大大小小的星云团集聚而成的。科学家认为,在47亿年前,它的质量已经与现在的地球质量相接近。不过,那时候的地球还只是许多微星的集合体,叫原地球。原地球在引力收缩和内部放射性元素衰变产生热的作用下,不断受热,当其内部的温度达到一定高度,可以熔化铁、镍等元素时,这些元素迅速向地心集中,于是形成了地核与地幔,地壳初步分异,这个时期距今大约46亿年。
由于原始地壳非常薄弱,而地球内部温度又很高,因此火山频繁喷发,喷出的气体构成了原始大气,如CH4、NH2、H2、H2O(水蒸气)、H2S、HCH等,但无游离的氧(现在大气中的氧是光合生物蓝藻和绿色植物出现后长期积累起来的)在闪电、紫外线、冲击波、射线等能源的作用下,开始形成一系列如氨基酸、核苷酸等有机小分子化合物。
这些有机小分子化合物经过不同的方式汇集到原始海洋,在适当条件下进一步缩合成结构原始、功能不专一的蛋白质、核酸等生物大分子。这些生物大分子在原始海洋中长期积累,浓度不断增加,逐渐凝聚成小滴状,形成多分子体系。这些分子系统又经过长期的进化,大约在35亿年前终于形成了具有新陈代谢和自我繁殖能力的原始生命体。这一阶段为非细胞生命阶段,即实现了从非生命到生命转变的伟大过程。
地球的前古生代时期
从距今30亿年左右到5.7亿年的这段时间,是地球的前古生代时期,相当于地球的少年时期。这一时期最大的特点是,小块的陆核开始出现,后来逐渐扩大并形成陆地。距今28亿年前,非洲南部有小块稳定陆核形成。25亿年前,各大陆内相继形成若干个小块稳定陆地。直到距今17亿年左右,稳定大陆的面积在相对比较短的历史阶段里大大增加,接近现在的陆地规模,但还没有真正地稳定。直到距今14亿年左右,稳定大陆最终形成,地球岩石圈的演变进入了一个新的阶段。
同时期,生物界的发展进入第二阶段,即原核细胞阶段。这一阶段生命已经有了细胞形态,形成了有真正的细胞膜,但是还没有真正的细胞核,蓝藻是其中最为典型的代表。其后进入到第三阶段的进化,出现了真核细胞,从原核细胞发展到真核细胞可谓生物界完成的最重要的一次进化。
地球的古生代时期
古生代大约从距今6亿至2.3亿年,历经了3.7亿年的漫长历史。这比起太古代和元古代,时间并不算很长,但从地球的发展来看,却是一个重要的时期,犹如人生的青年时代。
在这一时期,地壳发展日趋稳定,古地理发展的海陆配置发生较大变化,初步建立了现时的地貌轮廓,生物的演替也经过了几次飞跃。该时期的主要变化有:
第一,从海洋占绝对优势到陆地面积不断扩大。
早古生代时,地球仍然是汪洋泽土,海洋占有绝对优势。在早晚古生代之间有一次地壳运动,称为加里东运动。这次运动后,加里东地槽全部褶皱回返,另一些地槽也部分发生褶皱回返,使得世界陆地面积不断扩大。
第二,南升北降地壳发展形势到北方大陆联合南方大陆开始解体。
加里东运动使一些地槽回返褶皱上升为陆地,但到了晚古生代,有些地区又开始下沉,成为地台浅海,因此世界总体的形势仍然是南升北降。而到了晚古生代后期,由于海西运动,世界大部分地槽回返上升,世界范围内只有横亘东西的古地中海地槽和环太平洋地槽还是海洋外,其余均隆起为陆地,于是北方古陆联合为一体,称为劳亚古陆。被古地中海所隔的南方冈瓦纳古陆却开始解体,成为印非大陆之间被海水所侵和中生代大陆全面漂移所发生的前奏。
第三,中国地壳处于北升南降,奠定现时轮廓。
晚古生代的中国与世界一样,陆地面积进一步扩大,北升南降,北方稳定南方活跃的形势空前发展,中国初步奠定了现时的地貌轮廓。
在中国北部、西北部,原来分布好几条大地槽,沉积了厚至一两万米的碎屑岩和火山岩。由于受晚古生代末海西运动的影响,天山、昆仑、祁连、秦岭、阿尔泰、蒙古——兴安岭等地槽都相继褶皱隆起。
从上述整个古生代地壳发展来看,仍处于明显的南北分异:北升南降或南海北陆;北方稳定,南方活跃的发展总形势。
第四,植物和动物分化,海洋无脊椎动物完成向陆地爬行类动物进化。
在前古生代末期,植物和动物已经分化。在植物界中,蓝藻和菌类繁盛。在动物界中,已经出现低等无脊椎动物,尤其是三叶虫突发性开始繁荣。
由于加里东运动,使大陆面积扩大,某些海洋消失,环境剧烈变化,使那些适应性强的生物种类存活了下来。陆生植物得到很大的发展,许多种属已经长成大树,并且出现了昆虫和两栖类。后来的华力西运动,使海水退去,大陆面积更加扩大,使生物界向大陆进军的进程又大大推进了一步。总的来说,在古生代时期,植物界从低等的水生藻类进化成比较高等的陆生植物,动物界从比较低等的海洋无脊椎动物进化到鱼类和陆生爬行类动物,完成了向大陆进军。P3-6