地球的起源与发展史?谢谢

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关于地球的起源问题,已有相当长的探讨历史了.在古代,人们就曾探讨了包括地球在内的天地万物的形成问题,在此期间,逐渐形成了关于天地万物起源的"创世说".其中流传最广的要算是《圣经》中的创世说.在人类历史上,创世说曾在相当长的一段时期内占据了统治地位.
自1543年波兰天文学家哥白尼提出了日心说以后,天体演化的讨论突破了宗教神学的桎梏,开始了对地球和太阳系起源问题的真正科学探讨.1644年,笛卡儿（R.Descartes）在他的《哲学原理》一书中提出了第一个太阳系起源的学说,他认为太阳、行星和卫星是在宇宙物质涡流式的运动中形成的大小不同的旋涡里形成的.一个世纪之后,布封（G.L.L. de Buffon）于1745年在《一般和特殊的自然史》中提出第二个学说,认为：一个巨量的物体,假定是彗星,曾与太阳碰撞,使太阳的物质分裂为碎块而飞散到太空中,形成了地球和行星.事实上由于彗星的质量一般都很小,不可能从太阳上撞出足以形成地球和行星的大量物质的.在布封之后的200年间,人们又提出了许多学说,这些学说基本倾向于笛卡尔的"一元论",即太阳和行星由同一原始气体云凝缩而成；也有"二元论"观点,即认为行星物质是从太阳中分离出来的.1755年,著名德国古典哲学创始人康德（I. Kant）提出"星云假说".1796年,法国著名数学和天文学家拉普拉斯（P. S. Laplace）在他的《宇宙体系论》一书中,独立地提出了另一种太阳系起源的星云假说.由于拉普拉斯和康德的学说在基本论点上是一致的,所以后人称两者的学说为"康德－拉普拉斯学说".整个十九世纪,这种学说在天文学中一直占有统治的地位.
到本世纪初,由于康德－拉普拉斯学说不能对太阳系的越来越多的观测事实做出令人满意的解释,致使"二元论"学说再度流行起来.1900年,美国地质学家张伯伦（T. C. Chamberlain）提出了一种太阳系起源的学说,称为"星子学说"；同年,摩耳顿（F. R. Moulton）发展了这个学说,他认为曾经有一颗恒星运动到离太阳很近的距离,使太阳的正面和背面产生了巨大的潮汐,从而抛出大量物质,逐渐凝聚成了许多固体团块或质点,称为星子,进一步聚合成为行星和卫星.
现代的研究表明,由于宇宙中恒星之间相距甚远,相互碰撞的可能性极小,因此,摩耳顿的学说不能使人信服.由于所有灾变说的共同特点,就是把太阳系的起源问题归因于某种极其偶然的事件,因此缺少充分的科学依据.著名的中国天文学家戴文赛先生于1979年提出了一种新的太阳系起源学说,他认为整个太阳系是由同一原始星云形成的.这个星云的主要成份是气体及少量固体尘埃.原始星云一开始就有自转,并同时因自引力而收缩,形成星云盘,中间部分演化为太阳,边缘部分形成星云并进一步吸积演化为行星.
总的来说,关于太阳系的起源的学说已有40多种.本世纪初期迅速流行起来的灾变说,是对康德－拉普拉斯星云说的挑战；本世纪中期兴起的新的星云说,是在康德－拉普拉斯学说基础上建立起来的更加完善的解释太阳系起源的学说.人们对地球和太阳系起源的认识也是在这种曲折的发展过程中得以深化的.
至此,我们可以对形成原始地球的物质和方式给出如下可能的结论.形成原始地球的物质主要是上述星云盘的原始物质,其组成主要是氢和氦,它们约占总质量的98％.此外,还有固体尘埃和太阳早期收缩演化阶段抛出的物质.在地球的形成过程中,由于物质的分化作用,不断有轻物质随氢和氦等挥发性物质分离出来,并被太阳光压和太阳抛出的物质带到太阳系的外部,因此,只有重物质或土物质凝聚起来逐渐形成了原始的地球,并演化为今天的地球.水星、金星和火星与地球一样,由于距离太阳较近,可能有类似的形成方式,它们保留了较多的重物质；而木星、土星等外行星,由于离太阳较远,至今还保留着较多的轻物质.关于形成原始地球的方式,尽管还存在很大的推测性,但大部分研究者的看法与戴文赛先生的结论一致,即在上述星云盘形成之后,由于引力的作用和引力的不稳定性,星云盘内的物质,包括尘埃层,因碰撞吸积,形成许多原小行星或称为星子,又经过逐渐演化,聚成行星,地球亦就在其中诞生了.根据估计,地球的形成所需时间约为1千万年至1亿年,离太阳较近的行星（类地行星）,形成时间较短,离太阳越远的行星,形成时间越长,甚至可达数亿年.
至于原始的地球到底是高温的还是低温的,科学家们也有不同的说法.从古老的地球起源学说出发,大多数人曾相信地球起初是一个熔融体,经过几十亿年的地质演化历程,至今地球仍保持着它的热量.现代研究的结果比较倾向地球低温起源的学说.地球的早期状态究竟是高温的还是低温的,目前还存在着争论.然而无论是高温起源说还是低温起源说,地球总体上经历了一个由热变冷的阶段,由于地球内部又含有热源,因此这种变冷过程是极其缓慢的,直到今天地球仍处于继续变冷的过程中.
二、地球的演化
地表的基本轮廓可以明显地分为两大部分,即大陆和大洋盆地.大陆是地球表面上的高地,大洋盆地是相对低洼的区域,它为巨量的海水所充填.大陆和大洋盆地共同构成了地球岩石圈的基本组成部分.因此,岩石圈的演化问题,也就是大陆和大洋盆地的构造演化问题.有关地球内部的结构请参见地球各圈层结构一节.
现在,绝大部分地球科学家都确认大陆漂移现象,并一致认为地球上海洋与陆地的结构分布和变化与大陆漂移运动直接相关.比较坚硬的地球岩石圈板块作为一个单元在其之下的地球软流圈上运动；由于岩石圈板块的相对运动,导致了大陆漂移,并形成了今天地球上的海洋和陆地的分布.地球岩石圈可分为大洋岩石圈和大陆岩石圈,总体上,前者的厚度是后者的一半,其中大洋岩石圈厚度很不均匀,最厚处可达80公里.
大部分大型的地球板块由大陆岩石圈和大洋岩石圈组成,但面积巨大的太平洋板块由单一的大洋岩石圈构成.地球上陆地面积约占整个地球面积的30％,其中约70％的陆地分布在北半球,并且位于近赤道和北半球中纬度地区,这很可能与地球自转引起的大陆岩块的离极运动有关.
在全球范围内,分布在大陆附近的大陆壳岛屿几乎全部位于大陆的东海岸一侧,个别一些大陆东部边缘,则被一连串的大陆壳岛屿构成的花彩状岛群所环绕,形成了显著的向东凸出的岛弧.这种全球大陆壳岛屿的分布特征,可以用岩石圈板块的普遍向西运动和边缘海底的扩张理论来加以解释.长期以来,人们就注意到地表上的某些大陆构造能够拼合在一起,这就好像是一个拼板玩具,特别是非洲的西海岸与南美洲的东海岸之间的吻合性最为明显.这种现象可以用大陆岩石圈的直接破裂和大陆岩块体的长期漂移得到解释.这就是我们后面将要介绍的关于杜托特提出的现今的大陆是由北半球的劳亚古陆和南极洲附近的冈瓦纳古陆的破裂后漂移形成的.
1966年,梅纳德（H. W. Menard）等汇集了当时所有的有关海洋深度的探测资料,再度进行了世界海洋深度的统计,得到全球陆地在海平面以上的平均高程为0.875公里,大洋的平均深度为3.729公里.大陆和大洋之间存在为海水所淹没的数拾公里宽的边缘地带,这个地带包括大陆架和大陆坡,两者共占地球表面积的10.9%.大陆地壳和大洋地壳的差异非常明显,大陆地壳的化学成份主要是花岗岩质,而大洋盆地下的岩石主要是由玄武岩或辉长岩构成.因此,整个地壳又可以分为大陆硅铝壳和大洋硅镁壳两大类型.
有关大陆的起源问题,地质和地球物理学家杜托特（A. L. Du Toit）于1937年在他的《我们漂移的大陆》一书中提出了地球上曾存在两个原始大陆的模式.如果这个模式成立,那么这两个原始大陆分别被称为劳亚古陆（Lanrasia）和冈瓦纳古陆（Gondwanaland）；这实际上就象以前魏格纳等人所主张的那样,把全球大陆只拼合为一个古大陆.杜托特认为,两个原始大陆原来是在靠近地球两极处形成的,其中劳亚古陆在北,冈瓦纳古陆在南,在它们形成以后,便逐渐发生破裂,并漂移到今天大陆块体的位置.
早在19世纪末,地质家学休斯（E. Suess）已认识到地球南半球各大陆的地质构造非常相似,并将其合并成一个古大陆进行研究,并称其为冈瓦纳古陆,这个名称源于印度东中部的一个标准地层区名称（Gondwana）.冈瓦纳古陆包括现今的南美洲、非洲、马达加斯加岛、阿拉伯半岛、印度半岛、斯里兰卡岛、南极洲、澳大利亚和新西兰.它们均形成于相同的地质年代,岩层中都存在同种的植物化石,被称为冈瓦纳岩石.杜托特用以证明劳亚古陆和冈瓦纳古陆的存在和漂移的主要证据,是来自地质学、古生物学和古气候学方面.根据三十多年中积累起来的资料,有力地证明冈瓦纳古陆的理论基本上是正确的.
劳亚古陆是欧洲、亚洲和北美洲的结合体,这些陆块即使在现在还没有离散得很远.劳亚古陆有着很复杂的形成和演化历史,它主要由几个古老的陆块合并而成,其中包括古北美陆块、古欧洲陆块、古西伯利亚陆块和古中国陆块.在晚古生代（距今约3亿年前）这些古陆块逐步靠扰并碰撞,大致在石炭纪早中期至二叠纪（即2亿至2亿7千万年前）才逐步闭合.古地质、古气候和古生物资料表明,劳亚古陆在石炭～二叠纪时期位于中、低纬度带.在中生代以后（即最近的1亿－2亿年间）劳亚大陆又逐步破裂解体,从而导致北大西洋扩张形成.研究表明,全球新的造山地带的形成和分布,都是劳亚古陆和冈瓦纳古陆破裂和漂移的构造结果.在这过程中,大陆岩块的不均匀向西运动和离极运动的规律十分明显.总的看来,劳亚古陆曾位于北半球的中高纬度带,冈瓦纳古陆则曾一度位于南半球的南极附近；这两个大陆之间由被称为古地中海（也称为特提斯地槽）的区域所分隔开.
在杜托特（1937年）提出劳亚古陆与冈瓦纳古陆理论之前,魏格纳（A.L.Wegener）早在1912年曾提出了地球上曾只有一个原始大陆存在的理论,称为联合古陆.魏格纳认为,它是在石炭纪时期（距今约2.2亿－2.7亿年前）形成的.魏格纳把联合古陆作为他描述大陆漂移的出发点.然而根据人们现在的认识,魏格纳所提出的联合古陆决不是一个原始的大陆.虽然仍有很大一部分人赞同联合古陆观点,但他们所做出的古大陆复原图与魏格纳所提出的复原图相比,已存在很大的差别,相反倒有些接近杜托特的两个古大陆分布的理论.
最近2亿年以来的大陆漂移和板块运动,已得到了确切证明和广泛的承认.然而有人推测,板块运动很可能早在30亿年前就已经开始了,而且不同地质时期的板块运动速度是不同的,大陆之间曾屡次碰撞和拼合,以及反复破裂和分离.大陆岩块的多次碰撞形成了褶皱山脉,并连接在一起形成新的大陆,而由大洋底扩张形成新的大洋盆地.因此,要准确复原出大陆在2亿多年前所谓的"漂移前的漂移"是十分困难的.地球的年龄已有46亿年历史,目前已经知道地球上最古老的岩石年龄为37亿年,并且分布的面积相当小.这样,从46亿年到37亿年间,约有9亿年的间隔完全缺失地质资料.此外,地球上25亿年前的地质记录也非常有限,这对研究地球早期的历史状况带来不少困难,因此,直到现在我们还没有一个关于地球早期历史的统一的理论.
地球的起源还应当追溯到与生命有关的元素及化学分子的起源.因而,生命的起源过程应当从宇宙形成之初、通过所谓的“大爆炸”产生了碳、氢、氧、氮、磷、硫等构成生命的主要元素谈起. 大约在66亿年前,银河系内发生过一次大爆炸,其碎片和散漫物质经过长时间的凝集,大约在46亿年前形成了太阳系.作为太阳系一员的地球也在46亿年前形成了.接着,冰冷的星云物质释放出大量的引力势能,再转化为动能、热能,致使温度升高,加上地球内部元素的放射性热能也发生增温作用,故初期的地球呈熔融状态.高温的地球在旋转过程中其中的物质发生分异,重的元素下沉到中心凝聚为地核,较轻的物质构成地幔和地壳,逐渐出现了圈层结构.这个过程经过了漫长的时间,大约在38亿年前出现原始地壳,这个时间与多数月球表面的岩石年龄一致. 生命的起源与演化是和宇宙的起源与演化密切相关的.生命的构成元素如碳、氢、氧、氮、磷、硫等是来自“大爆炸”后元素的演化.资料表明前生物阶段的化学演化并不局限于地球,在宇宙空间中广泛地存在着化学演化的产物.在星际演化中,某些生物单分子,如氨基酸、嘌呤、嘧啶等可能形成于星际尘埃或凝聚的星云中,接着在行星表面的一定条件下产生了象多肽、多聚核苷酸等生物高分子.通过若干前生物演化的过渡形式最终在地球上形成了最原始的生物系统,即具有原始细胞结构的生命.至此,生物学的演化开始,直到今天地球上产生了无数复杂的生命形式. 38亿年前,地球上形成了稳定的陆块,各种证据表明液态的水圈是热的,甚至是沸腾的.现生的一些极端嗜热的古细菌和甲烷菌可能最接近于地球上最古老的生命形式,其代谢方式可能是化学无机自养.澳大利亚西部瓦拉伍那群中35亿年前的微生物可能是地球上最早的生命证据. 原始地壳的出现,标志着地球由天文行星时代进入地质发展时代,具有原始细胞结构的生命也开始逐渐形成.但是在很长的时间内尚无较多的生物出现,一直到距今5.4亿年前的寒武纪,带壳的后生动物才大量出现,故把寒武纪以后的地质时代称为显生宙. 在中世纪的西方,《圣经》上描绘的上帝,在七天之内造就万物之说,也是非常流行.今天看来,生命起源并不像这些古老传说,或神话描绘的那样,但表明了人类长期以来,对生命起源之谜倾注了极大地热情和关注.但生命起源应该是怎样发生的?科学又是怎样对这一千古之谜进行探索的?我们已经取得了哪些进展?还有哪些问题没有解决? 首先,生命起源之说,第一个谜是生命的时间,起源的时间问题.在中世纪的西方,人们对《圣经》的上帝造人的故事是深信不疑的,在1650年,一位爱尔兰大主教根据圣经上所描述的,计算出上帝创世的确切时间是公元前4004年,而另一位牧师甚至把创世时间更加精确地计算到公元前4004年10月23号上午九点钟.也就是说,生命起源距今的话,是六千年前,这当然不是真的,而真的是什么呢?真的就是用科学的回答,科学是怎么回答这个生命起源的时间呢?那就是说用化石,是保存在岩石中的化石来回答.我们知道,生物死亡后,它们的遗迹在适当的条件下,就保存在岩石之中,我们把它们称作化石.地质历史中形成的岩层,就像一部编年史书,地球生物的演化历史,就深深埋藏在这些岩石之中,年代越久远的生物化石,就保存在岩层的最底层. 迄今为止,我们发现了最古老的生物化石是来自澳大利亚西部,距今约三十五亿年前的岩石,这些化石类似于现在的蓝藻,它是一些原始的生命,是肉眼看不见的.它的大小只有几个微米,到几十个微米,因此我们可以说,生命起源它不晚于三十五亿年.同时我们知道地球的形成年龄大约在46亿年前,有这两个数据我们就可以看到生命起源的年龄,大致可以界定在46亿年到35亿年之间.今天,随着科学的发展,地质学家认为,在地球形成的早期,地球受到了大量的小行星和陨石的撞击,它是不适合生命的生存.与其说当时地球上有生命,还不如说它在毁灭生命,因此地球上生命起源的时间,它不早于40亿年.另外,在格陵兰的38.5亿年的岩石中发现了碳,这个碳的话,我们知道,碳分两种,一个无机碳,一个有机碳.另外,这个碳的话,它有重碳和轻碳之分,因此我们可以根据这个碳之中的轻碳和重碳之比,就来可以推测这些碳的来源.科学家根据碳的同位素分析,推测这些碳它是有机碳,是来源于生物体.也就是说,这样我们把生命起源的时间大大缩短了,也就是在距今40亿年到38亿年之间,自从地球上生命起源之后,一直到现在45亿年,就是生生不息的生命演化史