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    地球拥有45亿年历史,你知道20亿年前的地球是什么模样吗?

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      伽利略

      地球已经有45.7亿年历史了,20亿年前的时候地球25.7亿岁。科学家为了更好地描述地质史,对地质年代进行了划分,由大到小是:宙—代—纪—世。例如,地球分四个宙:冥古宙、太古宙、元古宙和显生宙,恐龙时代是显生宙—中生代—侏罗纪和白垩纪,我们目前处在显生宙—新生代—第四纪—全新世。20亿年前地球处在元古宙—古元古代—造山纪。

      一天15个小时

      45.3亿年前,太阳的一颗行星——忒亚星与地球相撞,被地球俘获成为卫星,就是我们的月球。从此以后地球的自转轴稳定下来,但自转也因月球的潮汐作用越来越慢。20亿年前,地球的一天——也即自转周期,大约15个小时,相应的,一年有590天。

      太空中看地球和月球

      月球的公转也在逐渐放缓,并且以每年3.8厘米的速度远离地球,现在月球离地球38.4万千米,20亿年前只有一半,再加上地球上主要都是海洋,当时潮汐作用一定更频繁而且强烈,涨潮时涨得更高,退潮时退得更远。

      原核生物向真核生物过渡

      20亿年前的地球还没有动物和植物,但也并非完全不毛之地。地球上最原始的生命,早在元古宙之前的太古宙就在海洋中诞生了,距今已有38亿年,当时是一些厌氧的细菌,属于原核生物,即没有细胞核的生物。图片

      低等真核生物草履虫,细胞核清晰可见

      早期生命进化非常缓慢,十几亿年都没什么变化。过去有观点认为最早的真核生物(具有细胞核的生物,我们人类和动物、植物都是真核生物)出现于16亿年前,但一块21亿年前的化石上就有了类似于藻类的生物,这意味着真核生物的出现比我们之前认为的早得多。

      图片

      细胞的能量中心:线粒体

      20亿年前,一种真核厌氧生物吞噬了一种变形菌,但没有彻底将其消化吸收,被吞噬的细菌仍在主体细胞里存活和繁殖,最终形成了内部共生关系。被吞噬的细菌最终成为真核生物的一个细胞器,作为呼吸中心和产能中心,这就是线粒体。

      大气的改造

      今天金星和火星的大气中95%以上都是二氧化碳,早期的地球也是这样的。后来能进行光合作用的蓝细菌出现,消耗二氧化碳产生氧气。这最初没有引起大气中氧浓度的上升,因为海洋中溶解了大量的二价铁,这些亚铁离子将氧气还原生成铁氧化合物,沉淀于海底,浅绿色(亚铁离子的颜色)海洋逐渐变得清澈,光合作用得以在更深的水层中进行。图片

      大氧化之前形成的铁矿床

      海洋中亚铁离子的耗尽用了十几亿年,到距今24亿年前左右,亚铁离子完全被氧化,氧气开始溶解于海水,并释放于大气。大气中氧含量达到了4%(今天是21%),这称为大氧化事件。氧气对当时的厌氧生物来说是有毒的,大量厌氧生物死亡,只有极少数适应有氧环境活了下来,好氧生物开始繁盛。

      融化的雪球

      从地球诞生到20亿年前,太阳光强度比今天弱30%到20%,要不是温室效应,地球可能常年都是零下几十摄氏度,液态水冻结,生命将难以维持。所幸当时地球的大气含有大量的二氧化碳和甲烷(如今二氧化碳只占0.03%,甲烷微乎其微),这些是非常强大的温室气体,维持了地球的温暖环境和液态水,生命得以生存繁衍。

      然而,蓝细菌不断消耗二氧化碳产生氧气,大气中的氧气又缓慢地将甲烷氧化。距今24亿年前,随着温室气体的减少,加上当时太阳光强度只有今天的85%,几万年间地球温度就下降到了-50℃,整个地球被冰封,地球进入第一个也是持续时间最长的冰期——休伦冰期,从距今24亿年前持续到21亿年前,长达三亿年。图片

      北极冰川,休伦冰期整个地球都是这样

      白雪皑皑的地球将更多太阳光反射回太空,形成了正反馈效应,地球变冷的趋势似乎不可逆转。所幸地球内部依然活跃,火山释放的二氧化碳和甲烷终于有一天冲破了冰盖,这些温室气体几万年就将地球解冻。

      20亿年前,雪球地球已经解冻,地球处于间冰期,但从大氧化事件到6亿年前,地球一直处在一个相对较冷的状态,经历了多次从冰封到解冻的过程。

      哥伦比亚超大陆的诞生

      早期地球内部比现在热,火山远比今天活跃,当时地质运动有两种方式:垂直运动和水平运动。垂直运动是大陆板块内部的沉陷,而水平运动是大陆板块的碰撞。从25亿年前元古宙开始,地质垂直运动不复存在,只剩下水平运动一种了,各大板块得以逐渐稳定。图片

      哥伦比亚超大陆

      距今21亿年前到18亿年前,发生了第一次全球规模的板块碰撞和造山运动,结果是形成了地质史上第一块超大陆——哥伦比亚超大陆。当然,当时的陆地上没有任何生命,甚至连土壤都没有,是一片岩石的世界。在这之后不同板块又经过了多次的分分合合,海陆布局才成了现在这个样子。

      值得一提的是,距今20.2亿年前,一颗很大的小行星——远大于造成恐龙灭绝的那颗,撞击到今天的南非位置,产生了弗里德堡陨石坑,这是地球上已知最早而且最大的陨石坑。陨星产生的尘埃遮天蔽日,想必当时有不少原始细菌因此而灭亡。

      图片

      弗里德堡陨石坑

      总 结

      一天只有15个小时,以二氧化碳、甲烷为主的大气正在被改造为以氮气、氧气为主,最原始的真核生物已经出现,线粒体刚刚在细胞中安家,大量厌氧细菌已经消亡,好养细菌正在繁盛,走出休伦冰期的雪球地球已经融化,大规模的板块碰撞和造山运动正在发生,哥伦比亚超大陆即将形成,这就是20亿年前的地球。

      20亿年前的地球,看似一片荒芜,实则生机勃勃,生命赖以生存的海洋广袤无垠,氧气越来越丰富,太阳光线越来越温暖,原始生命生生不息,更复杂的生物正在某处孕育,一切都在向好的方向发展。
      地球拥有45亿年历史,你知道20亿年前的地球是什么模样吗?
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