地球的六次大變遷

吳　凡

20世紀(jì)80年代末開始，科學(xué)家嘗試著建立起三維的地幔立體形象，發(fā)現(xiàn)在非洲與太平洋的下面，有來自地幔底的巨大熱羽柱上升流，而在亞洲的下面有沉入的板塊物質(zhì)落入地幔底而產(chǎn)生的巨大冷羽柱下降流?？茖W(xué)家們由此得到啟發(fā)，原來使板塊發(fā)生運(yùn)動的動力，是這種冷熱物質(zhì)的對流。

最新的地球科學(xué)表明，地球與生命的演化緊密相連。地幔羽柱的發(fā)現(xiàn)，對板塊構(gòu)造學(xué)說是重大的補(bǔ)充。從新的理論角度，結(jié)合新的生物發(fā)現(xiàn)，人們勾畫出了新的地球觀。讓我們用新的視角，來觀察地球史上6大劃時(shí)代的事件，以及它們的來龍去脈。

46億年前，原始的地球誕生

地球約在46億年前由許多微行星反復(fù)沖撞合并誕生的。從一開始幾千米直徑的微行星成長到現(xiàn)在的地球大小，估計(jì)花費(fèi)了3000年的時(shí)間。也有的科學(xué)家認(rèn)為，在地球成長結(jié)束后，或許有一顆火星般大小的行星撞擊了地球，由于這次碰撞，四處飛散的碎片在地球周圍合而為一，形成了月球。

當(dāng)微行星以每秒10千米以上的速度沖撞原始地球后，它的能量轉(zhuǎn)化為熱，使微行星或原始行星的物質(zhì)熔化或蒸發(fā)。通過物質(zhì)熔化，密度高的金屬鐵成分沉入原始地球的中心，形成了地核。另一方面。容易蒸發(fā)的物質(zhì)變成氣體，構(gòu)成了原始大氣。因此，地核和大氣伴隨著地球的成長基本上是同時(shí)生成的。

地球形成過程的最后階段，是海洋的誕生。原始大氣含有微行星帶來的大量水蒸氣，一旦微行星對地球的沖撞次數(shù)減少，原始大氣的溫度下降，水蒸氣就變?yōu)樗德涞降乇?，這個(gè)過程形成了原始的海洋。原始大氣或海洋的組成也在逐漸發(fā)生變化。原始大氣含有大量氫氣。但是由于密度很小，因此逐漸逃逸到宇宙空間去，大氣成分逐漸進(jìn)化成以氮?dú)鉃橹鳎Ｑ蟪煞诌M(jìn)化到以水為主。

40億年前，生命誕生

地球最初的生命大約在40億年前誕生。這時(shí)的地球受微行星的沖撞逐漸減少，地球表面充分冷卻并變硬，形成了板塊。在地幔上升的地方，海洋板塊分裂，．構(gòu)成地球上延伸最長的山脈——洋中脊。在地幔上升的洋中脊處，形成了玄武巖質(zhì)的新海洋地殼。板塊在洋中脊生成、移動，在海溝處沉入另一個(gè)板塊之下，自那時(shí)起板塊開始運(yùn)動。在海洋地殼沉入地幔底部時(shí)，沉入的洋殼部分熔化，形成制造大陸地殼的花崗巖成分。花崗巖成分的巖漿上升。開始構(gòu)成作為海洋地區(qū)的島弧狀的陸地(類似今天的日本列島、臺灣島、菲律賓群島形成的島弧)。

在洋中脊還形成了稱為“熱水噴口”的噴出高溫?zé)崴牡胤健：Ｋ畯牡貧さ牧芽跐B入地下。通過巖漿加溫，成為熱水，熱水大量熔解周圍的金屬成分，一起隨巖漿從熱水噴口涌出。在這樣的地方，某些有機(jī)物可能會利用溶解在海水中的營養(yǎng)鹽類，產(chǎn)生出繁衍自己的機(jī)制，從而進(jìn)化成最初的生命。

27億年前，強(qiáng)大的地磁場形成

從地球誕生到距今27億年之前，地球的地表一直遭受來自太陽或宇宙落下的高能粒子的輻射。高能粒子能破壞生物的DNA，讓生物死亡。因此，當(dāng)時(shí)的生物只能生存在高能粒子輻射不到的深海里。

27億年前，地球上逐漸形成了強(qiáng)大的磁場，形成的原因目前還不太清楚?？茖W(xué)家只是推測，由于板塊運(yùn)動，沉入地下的板塊在27億年前通過落入到外地核，激發(fā)產(chǎn)生了強(qiáng)大的地磁場。原來從海溝沉入地球內(nèi)部的板塊，在距離地表670千米左右積存。由于在這個(gè)深度左右，地幔的硬度和礦物的種類不同，形成了分隔地幔外層和內(nèi)層的邊界。在這個(gè)深度之上的地幔外層，是既堅(jiān)硬又寒冷的巖石圈，在巖石圈的下面，則是軟流圈，那里的物質(zhì)具有塑性，內(nèi)部溫度也很高。所以，與軟流圈上部接壤的巖石圈下部，有些局部熔化的巖石致使那里的巖石圈比較容易滑動，這是造成地球陸地變遷的主要因素。

以距今27億年作為分界線，之前的地幔對流是在地幔外層和內(nèi)層各自進(jìn)行的。可是距今27億年的時(shí)候，積存的板塊物質(zhì)一下子向下沉入，到達(dá)了地球外核，由此形成了貫穿整個(gè)地幔的全地幔對流。由于以鐵為主要成分的金屬流體沉入到外地核，其溫度比外地核的溫度低，這猶如在沸騰的外地核表面滴入涼的物質(zhì)，使外地核的流體金屬開始了有規(guī)律的強(qiáng)烈對流。通過流體金屬流動產(chǎn)生了電流，結(jié)果在地球上制造了強(qiáng)大的磁場。

強(qiáng)大的地磁場的形成使來自太陽或宇宙的高能粒子輻射遭到攔截，使淺海對生物不再那么可怕了，生物開始進(jìn)入淺灘生活。在淺灘誕生了稱為裂殖藻的菌叢，通過光合作用向大氣中釋放氧氣。

19億年前，地球上出現(xiàn)最早的勞倫古陸

地幔對流越大，載在它上面的板塊變動越大。27億年前的全地幔對流使古大陸的出現(xiàn)成為可能。在距今19億年前，地球上出現(xiàn)了最早的勞倫古陸。

科學(xué)家估計(jì)，地球早期，地球表面的小板塊(或者叫小島嶼)數(shù)量有1000個(gè)左右，它們以弧狀列島的形式存在?；盍袓u的反復(fù)碰撞和合并，到了距今28億年在全地幔對流形成之前，出現(xiàn)了若干小的大陸，但是板塊數(shù)量仍非常多，彼此之間要?dú)w并形成一個(gè)超級大陸比較困難。到了27億年前，由于開始出現(xiàn)全地幔對流，板塊通過合并迅速變大，數(shù)量減少。經(jīng)過8億年的整合，到了距今19億年前，出現(xiàn)了最早的勞倫古陸，其大小與現(xiàn)在的北美大陸相當(dāng)。為何大陸會集中到一塊呢?這是因?yàn)楹Ｑ蟀鍓K在海溝沉入另一個(gè)板塊之下，變成所謂的冷羽柱，也就是地幔下降流落入地幔深處。羽柱具有拉扯上層物質(zhì)向下的性質(zhì)。于是載著大陸的板塊不斷被下沉的冷羽柱拽到一起，運(yùn)動到冷羽柱合并成為大的下降流附近，部分載著大陸的板塊沒有沉入地下，而是集中起來形成超級大陸。

6億年前，岡瓦納大陸分裂。引起物種大發(fā)展

19億年前形成勞倫古陸后，地球上反復(fù)出現(xiàn)大陸分裂、合并的情況。勞倫古陸分裂后，15億年前和10億年前，又分別形成過超級大陸，而在距今6億年前，形成了岡瓦納大陸。

岡瓦納大陸集中了現(xiàn)在北美、南極、澳大利亞、西伯利亞，成為一個(gè)整體。在熱羽柱的上升作用下，地表的大陸被張裂開來，分裂的板塊中間不久生成了太平洋。分裂時(shí)，沿著各自大陸之間形成的裂谷帶灌入了海水，形成淺海。淺海是富含營養(yǎng)鹽的溫暖環(huán)境。如同稱為“寒武紀(jì)(約自5.7億年前起，到5億年前止)物種大爆發(fā)”那樣，許多大型的多細(xì)胞軟體動物急劇地進(jìn)化。在加拿大落基山脈的伯吉斯頁巖中，人們發(fā)現(xiàn)了奇形怪狀的化石，它們正是那時(shí)具有代表性的生物。那個(gè)場所其實(shí)就是北美與澳大利亞、南極當(dāng)年分裂的地點(diǎn)。

與那些生物出現(xiàn)相應(yīng)的情況是，大氣中的氧氣的濃度增加了，急速地接近了現(xiàn)在的數(shù)值(約占大氣中的20％)。在4.4億年前，臭氧層形成，對生物來說，有害的紫外線不再大量傾瀉到地表，陸地上的生命活動成為可能，最終植物開始深入陸地。

2.5億年前，泛大陸的分裂引起生物大滅絕

岡瓦納大陸分裂后，4億年前變成9塊大陸，分散到地球各處。到了3億年前，現(xiàn)在的亞洲大陸下面發(fā)生了巨大的冷羽柱落入地幔事件。像是被冷羽柱下落給拽過來似的，8個(gè)大陸急速地以亞洲為中心集中，在北半球形成了勞亞古陸，而南半球則是孤零零的岡瓦納大陸。2.5億年前，北半球的勞亞古陸與南北球仍然繼續(xù)分裂的岡瓦納大陸在地中海附近粘在一起，形成了泛大陸。

和位于亞洲大陸下面的冷羽柱下降對應(yīng)，在非洲下面有熱羽柱正在升起。于是，泛大陸再次開始分裂。這時(shí)，由于熱羽柱把地幔深處的物質(zhì)帶到地表附近，在泛大陸分裂的地方，引起了劇烈的火山活動，富含氣化成分的地幔巖漿噴出地表，化為塵埃散布在大氣中。

這種環(huán)境的巨變引起浮游生物和珊瑚的人規(guī)模滅絕。由于火山噴發(fā)遮擋了太陽光，抑制了光合作用，致使素有氧氣發(fā)生裝置之稱的浮游生物或珊瑚礁死去。在珊瑚附近有許多共生的藻類，以及棲息在珊瑚礁的其他生物，它們構(gòu)成了以藻類的光合作用為基礎(chǔ)的食物鏈的生物金字塔結(jié)構(gòu)。由于珊瑚的滅絕，依賴它的許多生物也大量死去，導(dǎo)演了一場生物大滅絕。

這六次地球歷史劇變中的每一次對地球的影響都非常深遠(yuǎn)，影響力可達(dá)數(shù)億年。人類回眸這些變遷時(shí)，會被自然界的鬼斧神工、巧奪天工所驚嘆不已。

責(zé)任編輯蒲暉