地球起源和演化

　　固體地球形成至今，在46億年的漫長演變史中，經(jīng)歷了地球化學(xué)動力演化、大氣成分的演化、海陸變遷及生命的演化，形成今日的地球。這些變化，有些是逐漸發(fā)生的，有些是突然發(fā)生的。下面小編帶你去看看地球系統(tǒng)演化。

　　地球起源

　　太陽系的形成

　　關(guān)于太陽系的形成，一類認(rèn)為太陽系是一次激烈的偶然突變而產(chǎn)生的，即災(zāi)變說觀點(diǎn);另一類則認(rèn)為太陽系是有條不紊地逐漸演變成的，即演化說觀點(diǎn)。

　　1755年，德國哲學(xué)家康德根據(jù)牛頓的萬有引力原理，提出一個太陽系形成的假說，認(rèn)為太陽系中的太陽、行星和衛(wèi)星等是由星云——一種稀薄的云霧狀微粒物質(zhì)逐漸演化形成的。1796年，法國天文學(xué)家拉普拉斯也提出了與康德類似的星云說，后人常把兩者合起來，統(tǒng)稱“康德一拉普拉斯星云說”。這個假說在19世紀(jì)的大部分時間內(nèi)占統(tǒng)治地位。

　　星云說認(rèn)為：恒星的形成是銀河彌漫的原始星云的某一個球狀碎片，在自身引力的作用下不斷收縮，產(chǎn)生旋渦，旋渦使星云碎裂成大量碎片，每個碎片又逐漸轉(zhuǎn)化為恒星。太陽就是其中之一，它也不斷收縮、旋轉(zhuǎn)，在長期的運(yùn)動中形成原始太陽。周圍的物體不斷聚合、碰撞，越轉(zhuǎn)越大，就形成了今天的八大行星。行星周圍的物質(zhì)，也是這樣漸漸形成了衛(wèi)星。這就是太陽系形成的一個主要假說。

　　唯心主義認(rèn)為，地球和整個宇宙都是依神或上帝的意思創(chuàng)造出來的。18世紀(jì)愛爾蘭一個大主教公開宣稱：“地球是紀(jì)元前4004年10月23日一個星期天的上午9時整被上帝創(chuàng)造出來的。”在中國古代，人們認(rèn)為遠(yuǎn)古的時候還沒有天地，宇宙間只有一團(tuán)氣，在一萬八千年前，有位盤古氏開天辟地，才有了日月星辰和大地。

　　康德和拉普拉斯他們認(rèn)為太陽系是由一個龐大的旋轉(zhuǎn)著的原始星云形成的。原始星云是由氣體和固體微粒組成，它在自身引力作用下不斷收縮。星云體中的大部分物質(zhì)聚集成質(zhì)量很大的原始太陽。

　　與此同時，環(huán)繞在原始太陽周圍的稀疏物質(zhì)微粒旋轉(zhuǎn)的加快，便向原始太陽的赤道面集中，密度逐漸增大，在物質(zhì)微粒間相互碰撞和吸引的作用下漸漸形成團(tuán)快，大團(tuán)快再吸引小團(tuán)快就形成了行星。行星周圍的物質(zhì)按同樣的過程形成了衛(wèi)星。這就是康德——拉普拉斯星云說。

　　關(guān)于地球和太陽系起源還有許多假說，如碰撞說、潮汐說、大爆炸宇宙說等等。自20世紀(jì)50年代以來，這些假說受到越來越多的人質(zhì)疑，星云說又躍居統(tǒng)治地位。國內(nèi)外的許多天文學(xué)家對地球和太陽系的起源不僅進(jìn)行了一般理論上的定性分析，還定量地、較詳細(xì)論述了行星的形成過程，他們都認(rèn)為地球和太陽系的起源是原始星云演化的結(jié)果。

　　中國天文學(xué)家戴文賽認(rèn)為，在50億年之前，宇宙中有一個比太陽大幾倍的大星云。這個大星云一方面在萬有引力作用下逐漸收縮，另外在星云內(nèi)部出現(xiàn)許多湍渦流。于是大星云逐漸碎裂為許多小星云，其中之一就是太陽系前身，稱之為“原始星云”，也叫“太陽星云”。由于原始星云是在湍渦流中形成的，因此它一開始就不停地旋轉(zhuǎn)。

　　原始星云在萬有引力作用下繼續(xù)收縮，同時旋轉(zhuǎn)加快，形狀變得越來越扁，逐漸在赤道面上形成一個“星云盤”。組成星云盤的物質(zhì)可分為“土物質(zhì)”、“水物質(zhì)”、“氣物質(zhì)”。這些物質(zhì)在萬有引力作用下，又不斷收縮和聚集，形成許多“星子”。星子又不斷吸積、吞并，中心部分形成原始太陽，在原始太陽周圍形成了“行星胎”。原始太陽和行星胎進(jìn)一步演化，而形成太陽和九大行星，進(jìn)而形成整個太陽系。

　　地球的形成

　　對地球起源和演化的問題進(jìn)行系統(tǒng)的科學(xué)研究始于十八世紀(jì)中葉，至今已經(jīng)提出過多種學(xué)說。一般認(rèn)為地球作為一個行星，起源于46億年以前的原始太陽星云。地球和其他行星一樣，經(jīng)歷了吸積、碰撞這樣一些共同的物理演化過程。

　　形成原始地球的物質(zhì)主要是星云盤的原始物質(zhì)，其組成主要是氫和氦，它們約占總質(zhì)量的98%。此外，還有固體塵埃和太陽早期收縮演化階段拋出的物質(zhì)。在地球的形成過程中，由于物質(zhì)的分化作用，不斷有輕物質(zhì)隨氫和氦等揮發(fā)性物質(zhì)分離出來，并被太陽光壓和太陽拋出的物質(zhì)帶到太陽系的外部，因此，只有重物質(zhì)或土物質(zhì)凝聚起來逐漸形成了原始的地球，并演化為今天的地球。水星、金星和火星與地球一樣，由于距離太陽較近，可能有類似的形成方式，它們保留了較多的重物質(zhì);而木星、土星等外行星，由于離太陽較遠(yuǎn)，至今還保留著較多的輕物質(zhì)。關(guān)于形成原始地球的方式，盡管還存在很大的推測性，但大部分研究者的看法與戴文賽先生的結(jié)論一致，即在上述星云盤形成之后，由于引力的作用和引力的不穩(wěn)定性，星云盤內(nèi)的物質(zhì)，包括塵埃層，因碰撞吸積，形成許多原小行星或稱為星子，又經(jīng)過逐漸演化，聚成行星，地球亦就在其中誕生了。根據(jù)估計，地球的形成所需時間約為1千萬年至1億年，離太陽較近的行星(類地行星)，形成時間較短，離太陽越遠(yuǎn)的行星，形成時間越長，甚至可達(dá)數(shù)億年。

　　地球早期的演化

　　形成初期的化學(xué)性變化

　　至于原始的地球到底是高溫的還是低溫的，科學(xué)家們也有不同的說法。從古老的地球起源學(xué)說出發(fā)，大多數(shù)人曾相信地球起初是一個熔融體，經(jīng)過幾十億年的地質(zhì)演化歷程，至今地球仍保持著它的熱量?，F(xiàn)代研究的結(jié)果比較傾向地球低溫起源的學(xué)說。地球的早期狀態(tài)究竟是高溫的還是低溫的，目前還存在著爭論。然而無論是高溫起源說還是低溫起源說，地球總體上經(jīng)歷了一個由熱變冷的階段，由于地球內(nèi)部又含有熱源，因此這種變冷過程是極其緩慢的，地球仍處于繼續(xù)變冷的過程中。

　　地球在剛形成時，溫度比較低，并無分層結(jié)構(gòu)，后來由于隕石等物質(zhì)的轟擊、放射性衰變致熱和原始地球的重力收縮，才使地球的溫度逐漸升高，最后成為粘稠的熔融狀態(tài)。在熾熱的火球旋轉(zhuǎn)和重力作用下，地球內(nèi)部的物質(zhì)開始分異。較重的物質(zhì)漸漸地聚集到地球的中心部位，形成地核;較輕的物質(zhì)則懸浮于地球的表層，形成地殼;介于兩者之間的物質(zhì)則構(gòu)成了地幔。這樣就具備了所謂的層圈結(jié)構(gòu)。

　　在地球演化早期，原始大氣都逃逸了。但隨著物質(zhì)的重新組合和分化，原先在地球內(nèi)部的各種氣體上升到地表成為新的大氣層。由于地球內(nèi)部溫度的升高，使內(nèi)部結(jié)晶水汽化。后來隨著地表溫度的逐漸下降，氣態(tài)水經(jīng)過凝結(jié)，積聚到一定程度后，又通過降雨重新落到地面，這種情況持續(xù)了很長一段時間，于是在地面上形成水圈。

　　最原始的地殼約在40億年前出現(xiàn)，而地球以其地殼出現(xiàn)作為界線，地殼出現(xiàn)之前稱為天文時期，地殼出現(xiàn)之后則進(jìn)入地質(zhì)時期。

　　陸地的起源

　　有關(guān)大陸的起源問題，地質(zhì)和地球物理學(xué)家杜托特(A. L. Du Toit)于1937年在他的《我們漂移的大陸》一書中提出了地球上曾存在兩個原始大陸的模式。如果這個模式成立，那么這兩個原始大陸分別被稱為勞亞古陸(Lanrasia)和岡瓦納古陸(Gondwanaland);這實(shí)際上就象以前魏格納等人所主張的那樣，把全球大陸只拼合為一個古大陸。杜托特認(rèn)為，兩個原始大陸原來是在靠近地球兩極處形成的，其中勞亞古陸在北，岡瓦納古陸在南，在它們形成以后，便逐漸發(fā)生破裂，并漂移到今天大陸塊體的位置。

　　早在19世紀(jì)末，地質(zhì)家學(xué)休斯(E. Suess)已認(rèn)識到地球南半球各大陸的地質(zhì)構(gòu)造非常相似，并將其合并成一個古大陸進(jìn)行研究，并稱其為岡瓦納古陸，這個名稱源于印度東中部的一個標(biāo)準(zhǔn)地層區(qū)名稱(Gondwana)。岡瓦納古陸包括現(xiàn)今的南美洲、非洲、馬達(dá)加斯加島、阿拉伯半島、印度半島、斯里蘭卡島、南極洲、澳大利亞和新西蘭。它們均形成于相同的地質(zhì)年代，巖層中都存在同種的植物化石，被稱為岡瓦納巖石。杜托特用以證明勞亞古陸和岡瓦納古陸的存在和漂移的主要證據(jù)，是來自地質(zhì)學(xué)、古生物學(xué)和古氣候?qū)W方面。根據(jù)三十多年中積累起來的資料，有力地證明岡瓦納古陸的理論基本上是正確的。

　　勞亞古陸是歐洲、亞洲和北美洲的結(jié)合體，這些陸塊即使在現(xiàn)在還沒有離散得很遠(yuǎn)。勞亞古陸有著很復(fù)雜的形成和演化歷史，它主要由幾個古老的陸塊合并而成，其中包括古北美陸塊、古歐洲陸塊、古西伯利亞陸塊和古中國陸塊。在晚古生代(距今約3億年前)這些古陸塊逐步靠擾并碰撞，大致在石炭紀(jì)早中期至二疊紀(jì)(即2億至2億7千萬年前)才逐步閉合。古地質(zhì)、古氣候和古生物資料表明，勞亞古陸在石炭～二疊紀(jì)時期位于中、低緯度帶。在中生代以后(即最近的1-2億年間)勞亞大陸又逐步破裂解體，從而導(dǎo)致北大西洋擴(kuò)張形成。研究表明，全球新的造山地帶的形成和分布，都是勞亞古陸和岡瓦納古陸破裂和漂移的構(gòu)造結(jié)果。在這過程中，大陸巖塊的不均勻向西運(yùn)動和離極運(yùn)動的規(guī)律十分明顯?？偟目磥恚瑒趤喒抨懺挥诒卑肭虻闹懈呔暥葞?，岡瓦納古陸則曾一度位于南半球的南極附近;這兩個大陸之間由被稱為古地中海(也稱為特提斯地槽)的區(qū)域所分隔開。

　　在杜托特(1937年)提出勞亞古陸與岡瓦納古陸理論之前，魏格納(A.L.Wegener)早在1912年曾提出了地球上曾只有一個原始大陸存在的理論，稱為聯(lián)合古陸。魏格納認(rèn)為，它是在石炭紀(jì)時期(距今約2.2億-2.7億年前)形成的。魏格納把聯(lián)合古陸作為他描述大陸漂移的出發(fā)點(diǎn)。然而根據(jù)人們現(xiàn)在的認(rèn)識，魏格納所提出的聯(lián)合古陸決不是一個原始的大陸。雖然仍有很大一部分人贊同聯(lián)合古陸觀點(diǎn)，但他們所作出的古大陸復(fù)原圖與魏格納所提出的復(fù)原圖相比，已存在很大的差別，相反倒有些接近杜托特的兩個古大陸分布的理論。

　　最近2億年以來的大陸漂移和板塊運(yùn)動，已得到了確切證明和廣泛的承認(rèn)。然而有人推測，板塊運(yùn)動很可能早在30億年前就已經(jīng)開始了，而且不同地質(zhì)時期的板塊運(yùn)動速度是不同的，大陸之間曾屢次碰撞和拼合，以及反復(fù)破裂和分離。大陸巖塊的多次碰撞形成了褶皺山脈，并連接在一起形成新的大陸，而由大洋底擴(kuò)張形成新的大洋盆地。因此，要準(zhǔn)確復(fù)原出大陸在2億多年前所謂的"漂移前的漂移"是十分困難的。地球的年齡已有46億年歷史，目前已經(jīng)知道地球上最古老的巖石年齡為43.74億年 ，并且分布的面積相當(dāng)小。這樣，從46億年到37億年間，約有9億年的間隔完全缺失地質(zhì)資料。此外，地球上25億年前的地質(zhì)記錄也非常有限，這對研究地球早期的歷史狀況帶來不少困難。

　　大洋的起源與演化

　　有關(guān)大洋的起源和演化研究從本世紀(jì)初才開始，在此之前一般認(rèn)為大洋盆地是地球表面上永存的形態(tài)，也即大洋盆地自從貯水形成以來，其位置和分布格局是固定的。隨著地球科學(xué)的發(fā)展，特別是本世紀(jì)初以魏格納為首的大陸漂移這一革命性的學(xué)說的提出，對自最近的2億多年以來大洋的起源和演化有了突破性的認(rèn)識。

　　對于大陸漂移學(xué)說，并非一開始就得到許多人支持的，因?yàn)楫?dāng)時對引起大陸漂移的機(jī)制，即力源問題并沒有很好解決。1931年，霍姆斯等人提出了地幔對流學(xué)說，用于解釋大陸漂移的力源，然而這個觀點(diǎn)在當(dāng)時很少受到人們的注意。19世紀(jì)后期，有人建立了地球收縮的全球構(gòu)造學(xué)說，用于解釋地球上為什么會有如此大規(guī)模的造山運(yùn)動。然而，本世紀(jì)50年代以后，隨著全球性大洋中裂谷的巨大拉張性證據(jù)的發(fā)現(xiàn)，收縮學(xué)說被普遍放棄了，與此同時，地球膨脹學(xué)說很快流行起來。膨脹說認(rèn)為，地球開始時很小，直徑是現(xiàn)今地球的一半。由于地球大幅度膨脹，原始地殼裂開成為現(xiàn)在的大陸，裂開的地方經(jīng)過不斷發(fā)展成為現(xiàn)代的大洋盆地。并且，由于地球的大幅度膨脹引起的所謂大陸漂移，表明大陸塊基本上是停留在原地的，即各大陸之間和大陸相對于地幔之間并沒有發(fā)生過顯著的移動。由于膨脹說無法解釋大陸地殼上廣泛發(fā)育的褶皺山脈構(gòu)造特征是怎么形成的，霍姆斯等人的地幔對流說很快再次被重視。60年代初，隨著洋底探測資料的迅速積累，赫斯(H. H. Hess)和迪茨(R. S. Dietz)首先把地幔對流方案發(fā)展為海底擴(kuò)張的學(xué)說。赫斯在1962年發(fā)表了《大洋盆地的歷史》一文，提出了大洋起源的新觀點(diǎn)，即海底擴(kuò)張理論。赫斯認(rèn)為洋底的主要構(gòu)造就是由地幔對流作用的直接表現(xiàn)。海底擴(kuò)張理論證明，大陸和洋底是在對流著的地幔上被動地移動著，而不像早期的大陸漂移說所主張的大陸在洋底上主動漂移。海底擴(kuò)張理論提出后不久，一些別的洋底觀測結(jié)果，諸如洋底地殼構(gòu)造、地磁、地震震源和地?zé)崃髁糠植嫉葘@個理論提供了有力證據(jù)。這種情況下，使得大部分的學(xué)者都轉(zhuǎn)向了關(guān)于海底擴(kuò)張的研究。現(xiàn)在已經(jīng)普遍確認(rèn)，可以用海底擴(kuò)張和板塊運(yùn)動理論解釋大洋起源和演化，大洋盆地的固定論看來是過時了。海底擴(kuò)張和板塊構(gòu)造學(xué)說對大洋的起源和演化的理論解釋的基礎(chǔ)都是地幔對流說。

　　現(xiàn)代研究證實(shí)，大洋最初是在大陸內(nèi)部孕育的，并開始于大陸巖石圈中的裂谷。大陸在裂谷處破裂并相互分離，從而開始產(chǎn)生新的大洋盆地。魏格納曾把南大西洋兩對岸的吻合作為闡述大陸漂移說的出發(fā)點(diǎn)。事實(shí)上，把南美洲與非洲兩大陸拼合到一起，不僅大陸邊沿地形輪廓非常吻合，而且?guī)r石類型和地質(zhì)構(gòu)造也可以對接起來?，F(xiàn)已證明，大西洋在二疊紀(jì)(2億5千萬年前)時還根本不存在，據(jù)估計，形成中大西洋的大陸裂谷發(fā)生在稍后的三疊紀(jì)(約1億6千萬-1億9千萬年前)。至侏羅紀(jì)末期(約1億2千萬年前)，中大西洋可能已張開達(dá)1000公里的寬度;南大西洋的張開大約開始于早白堊紀(jì)(約1億1千萬年前)，而最初的裂谷發(fā)生在晚侏羅紀(jì)(約1億3千萬年前);北大西洋張開最晚，大約開始于第三紀(jì)初(約6000-7000萬年前)，與此同時，由北大西洋裂谷向東北延展而伸入格陵蘭與歐洲之間，挪威海隨之張裂開。從6千萬年到2千萬年前，挪威海、巴芬海和北大西洋主體都在擴(kuò)張，但速率和方向均有些變化。綜上所述，現(xiàn)今的那些廣闊的大洋盆地并不是從來如此，而是長期的地球運(yùn)動和演化的結(jié)果。大洋由狹窄海灣到寬闊盆地的發(fā)展，是通過持續(xù)發(fā)生的大規(guī)模海底擴(kuò)張過程實(shí)現(xiàn)的。海底擴(kuò)張和板塊運(yùn)動的動力都是地幔對流。

　　由于地球原始地殼自從形成以來，從來沒有停止過大規(guī)模的地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)的運(yùn)動。因此，可以肯定地說，現(xiàn)在地球上大洋和陸地的形態(tài)就是過去數(shù)拾億年來大規(guī)模地殼運(yùn)動的結(jié)果。