看完地球歷史上那些事我感到自己對力量一無所知

出品：科普中國

制作：關西科健產業研究院海納百川

監制：中國科學院計算機網絡信息中心

說到地球的歷史，可能會讓人感到困惑又著迷。之所以感到困惑，是因為地球的歷史太久遠了（46億年），人類文明與之相比較，只是瞬息之間。但地球在漫長的46億年里，過得并不乏味，經歷了大陸的聚合與分離、生物物種的大爆發與滅絕等一系列重大事件，去探尋這些事件的起因、過程及結果，又是令人著迷甚至回味無窮的。

今天我們就一起回望地球歷史上發生過的那些重大自然事件。

一、合久必分，分久必合的大陸板塊

給你一張撕碎的報紙，我相信你總能根據報紙邊緣的文字、每一個碎片的輪廓把它復原拼接起來。

當你面對世界地圖的時候，你可曾有過一刻的沖動，把無際的藍色大洋上點綴的一片片陸地拼接成無縫銜接的整體呢？

在人類史上還真有這么一位，懷著天馬行空的想法，乾坤大挪移般地把地圖上的各個大陸“撕扯”下來拼接在一起，他就是大名鼎鼎的阿爾弗雷格·魏格納，大陸漂移說的創始人。

經過魏格納及后來的地質學家們一步步的論證研究，最終形成了現在的板塊構造理論，即地球表面覆蓋著不變形且堅固的板塊（巖石圈），這些板塊在以每年1厘米到10厘米的速度在移動。

隨著板塊的移動和演化，地球上的大陸在歷史上分分合合，即聯合古陸的旋回。

隨著大陸的不斷聚合就出現了超級大陸（聯合古陸），在地質歷史中曾經出現過5次聯合古陸，分別在約2500Ma1、約1900Ma、約1400Ma、約850Ma、約250Ma形成。

注1：Ma為年代單位，表示100萬年

巖石圈演化圖（356 Ma-未來150 Ma，Scotese, 1997）

250Ma左右形成的聯合古陸是距離我們最近的一次，空間分布上，聯合古陸呈典型的經向半球形分布，今天我們所看到的海陸分布格局就是在此基礎上裂解、漂移形成的。

大量的地球科學資料表明，與此次古陸形成相伴發生的其他重大歷史事件有：陸地面積大量增加、淺海面積急劇減少、氣候變冷、海平面下降、缺氧沉積、火山的大爆發、淺海生物大滅絕等等。

所以說，板塊移動是地球上一系列重大事件發生的一個重要因素。

二、生物集群滅絕事件

在太陽系、乃至銀河系，地球都因其擁有種類繁多的生命體而與眾不同。

在地球漫長的歷史中，生命始終存在嗎？

法國科學家里夫通過形象的描述給予了我們答案。

把地球的46億年的時間壓縮成一天，那么：

一天的前6個小時，地球上一片死寂；

在凌晨6點的時候，最低級的藻類才開始在海洋中出現，他們持續了相當漫長的時間；

直到20時，軟體動物才開始在海洋中、湖泊沼澤中開始活動；

23時30分，恐龍出現，但登場僅僅10分鐘便匆匆下臺；

在這一天最后20分鐘，哺乳動物才出現，并開始分化；

23時50分，我們的祖先才緩緩登場；

最后2分鐘里，它們的大腦擴張，成為了人類。在里夫的描繪里，地球如同一個舞臺，有人登場，就有人下臺。

科學家把不同時期生物的下臺稱之為“滅絕”。地史時期，若多門類生物近乎同時滅絕，這種滅絕稱之為集群滅絕。其主要特征是：在較短的時間內或在同一時間內主要生物類別或大量生物突然消失，生物分異度和生物量驟然降低。

據統計，在地球歷史上，生物集群滅絕事件有15次之多，重大集群滅絕事件有5次。

海生動物主要滅絕事件及分異度變化（據Raup and Seokoski,1982）

（1）第一次大滅絕事件：4.50億年前至4.40億年前，約3千米厚的冰層覆蓋了非洲北部和中部地球，以及南美洲的部分地區，這導致洋流和大氣環流變冷，整個地球進入大冰期，85%的物種滅絕，約27%的科與57%的屬滅絕。

從滅絕數量上看，在五次大滅絕事件中排名第三位。

（2）第二次大滅絕事件：到3.75億年前至3.6億年前，氣候再次冰冷，海洋生物再次面臨巨創，而陸地生物收到影響較小。約82%的海洋物種滅絕，當時淺海的珊瑚幾乎全部滅絕，深海珊瑚也部分滅絕，此次事件在五次大滅絕事件中排名第五位。

（3）第三次大滅絕事件：2.51億年（251Ma），海平面下降，生態系統遭到嚴重破壞，地球爆發了又一次物種大滅絕，這也是地球歷史上最嚴重的大滅絕事件，總共約57%的科、83%的屬，大約96%的海洋生物和70%的陸地生物滅絕。

此次徹底滅絕的動物包括：三葉蟲、海蝎、重要珊瑚類群、陸棲單弓類群動物和許多爬行類群。

（4）第四次大滅絕事件：2.0億年前，除魚龍外所有的海生爬行動物滅絕，一半海洋物種消失。陸地所有迷龍和大多數合弓類動物消失。槽齒目動物滅絕了，幸存的植物有針葉類和蘇鐵。也正是這次滅絕事件，給恐龍提供了廣闊的生存空間，使得恐龍成為接下來一段時間地球的霸主。

這次滅絕事件歷史很短，不足一萬年的時間，其滅絕原因至今未確定。火山噴發、流星撞擊、極寒天氣都有可能是兇手。

（5）第五次大滅絕事件：6500萬年（65Ma），地球爆發了第五次大滅絕事件，恐龍滅絕就發生在這一段時間。大氣層中微粒遮辟了陽光，依賴光合作用的植物減少，草食性恐龍受到巨創，肉食恐龍也因缺乏食物而滅亡。顆石藻與軟體動物遭受嚴重打擊。雜食性、食蟲性、以及食腐動物在幸存下來，如鱷魚和哺乳動物，河流生物群落也得以保存。

此次滅絕事件，最終導致約17%的科、50%的屬、75%的物種滅絕，此次滅絕事件的規模在五次大滅絕事件中排名第二。

我們人類要見證第六次重大集群滅絕事件嗎？

據《科學》雜志最新發表的一項研究，一個國際科學家團隊警告稱，動物的滅亡和減少正是地球第六次生物大滅絕的前奏。從1500年開始，超過320個陸棲脊椎動物物種接連滅絕。剩余物種也表現出了平均25%的衰退，這種現狀在無脊椎動物中也極其相似。

雖然之前的大滅絕是由地球的自然變化或者災難性的小行星撞擊導致的，但是如今生物的滅絕與人類行為非常相關。所以我們在這里呼吁：保護動物，保護與我們一同生活在地球上的朋友！

三、讓你找不著北的地球磁極

驢友外出旅行的時候，一定會隨身攜帶一個指南針，當置身大山深處無法辨別方向的時候，就會求助于它。指南針是借助地球磁極來校準的，而如今的地球恰好磁北極與地理北極近乎一致，因此指南針可以幫助我們辨別南北。

我們都知道，地球有南北極磁場，很多人以為它們是固定不變的。然而科學家研究發現，地球磁場的磁極并不是一成不變的，在過去的千萬年中已經發生了好幾次翻轉。即地磁的北極變成地磁的南極，而地磁的南極變成了地磁的北極，這就是所謂的“磁極倒轉”

地球磁場的這種磁極變化，在地球的歷史中一直存在。如果把地球的歷史縮短成1天，在這期間，你會發現手上的指南針像瘋了似的亂轉，一會兒指南，一會兒指北。但磁極的倒轉在地質時期的尺度上是還是緩慢的，常常以千年、萬年為周期。

上圖（引自NASA）為超級計算機中的地球磁場模型，左側為通常所見具有兩個磁極的地磁場，這是兩次倒轉之間漫長年代的典型形態；右側為短時間（相對而言）內處于磁極倒轉過程中地磁場發生了劇烈變化的復雜形態。

我們是如何知道磁極是變化的？

各個地質時代的巖石常都有一定的磁性，這些巖石便能記錄下來它們生成時期的磁極方向。下圖是地質記錄，提示了過去1.6億年間地球磁場方向的變化，黑色代表磁場與目前一致，白色代表磁場與目前相反，從圖中可以看出，地球磁極的反轉并無固定周期可言。

為什么會出現磁極變化呢？地球磁場反復變化有什么規律嗎？

科學家們對此也沒有得出統一的觀點。大部分科學家認為，當地球內部液態鐵質流圍繞著地核中心流轉時，如果突然發生變化，其流動方向倒轉，就會引發磁極倒轉現象。

四、冰河時代

對于全球變冷事件相信大家不會陌生，隨著電影《后天》《冰河時代》等一系列電影的熱映，我們見識到了全球氣候變冷的壯闊場景和大自然的強大力量。這里要告訴大家的，冰河時代真的在地球上出現過，還不止一次。

地史上出現過三次著名的全球性跨區域的氣候變冷事件，公認的有前寒武紀晚期大冰期（約500 Ma）、石炭紀-二疊紀大冰期（350～250 Ma）和第四紀大冰期（約10 Ma）。

冰期時期最重要的標志是全球性大幅度氣溫變冷，在中、高緯(包括寒冷的冰期極地)及高山區廣泛形成大面積的冰蓋和山岳冰川。由于水分由海洋向冰蓋區轉移，大陸冰蓋不斷擴大增厚，引起海平面大幅度下降。所以，冰期盛行時的氣候表現為干冷。冰蓋的存在和海陸形勢變化，氣候帶也相應移動，大氣環流和洋流都發生變化，這均直接影響動植物生長、演化和分布。

關于氣候變遷的原因或冰期的成因問題，在科學界至今還是一個“謎”。

目前，科學家們提出了冰期成因的七種假說：

1.由太陽系在宇宙間所處的位置變化引起。

當太陽系隨同銀河系的自轉通過宇宙間寒冷區域時，或轉到宇宙塵微粒子稠密區域時，部分太陽輻射被宇宙塵埃吸收，地球得到的太陽輻射減少，溫暖降低，地球出現冰期。

2.地球公轉軌道的偏心率每93000年就會發生一次變化，造成地日距離加大，或地球受木星的吸引，地球公轉軌道變圓（大約每10萬年一次），地日距離變遠，地球溫暖降低，形成冰期。

3.地球轉速的變更，造成地殼運動，兩極大氣的變化，如地球轉速加快時，兩極寒冷的大氣涌向赤道，氣候變冷。

4.強烈的地殼運動，使火山活動頻繁，火山噴發出大量碎屑，遮天蔽日，減弱了太陽輻射熱。強烈的地殼運動還會造成大陸上升，大量新巖石暴露于空氣中，巖石風化使大氣中保護地球熱量不致散發的二氧化碳含量降低，造成氣溫下降、冰川活動，產生冰期。

5.大陸飄移使各大陸相對兩極的位置在不同時期發生不同的變化。在移近兩極時氣候寒冷，出現冰期，如石炭——二疊紀冰期，非洲、澳洲、南美洲、南極洲以及印度原是一個完整的古大陸，而非洲就是當時的南極，北極在太平洋中。所以那時南半球的古大陸都有冰川行動。

6.地球南北磁極互相倒轉的過渡時期，地磁場相當微弱，大氣層中彌漫著帶電子粒子和宇宙塵，陽光被遮擋，氣溫下降，雨和雪斷斷續續，一下就是數百年，冰期到來。

7.寒冷的北冰洋的海水通過海峽與溫暖的太平洋、大西洋交流時，潮濕的氣候使北冰洋上空大雪彌漫，結成冰蓋，將大部分的太陽輻射反射掉，致使氣候變寒，冰期出現。

到底哪種假說更切合實際？是否還有什么其他原因？下一次大冰期何時將至？都有待人類繼續探討。

五、缺氧事件

眾所周知，氧氣是給予生命、維持生命的重要要素，可想而知在生物繁盛的地球，氧氣量驟降會造成怎樣的災難。

地史中，大規模的缺氧事件沉積主要發育寒武紀初期（約500Ma）、奧陶紀-志留紀之交（約440Ma）、晚泥盆世（約360Ma）、晚石炭世-早二疊世（約300Ma）、二疊紀-三疊紀之交（約250Ma）和三疊紀-侏羅紀之交（約200Ma）。

除寒武紀初期和晚石炭世-早二疊世的缺氧事件外，其他四次分別與上述的四次生物集群滅絕的時間大體吻合。

造成海洋缺氧，可能是受氣候條件、大洋環流、海面升降和大陸位置等多種因素的共同影響。例如，有人認為，氣候溫暖時期，大洋經向溫差變小，世界洋流停滯，形成滯水期，使得大洋缺氧層增厚。大陸缺氧的最直接因素可能就是二氧化碳濃度的升高。

過去40萬年，二氧化碳在大氣中的濃度約為180至280ppm(表示每百萬個空氣分子中二氧化碳分子的數量)，但從工業革命后，二氧化碳濃度不斷上升，到2004年已達到前所未有的379ppm。這個濃度已經是侏羅紀時期發生嚴重溫室效應時二氧化碳濃度的四分之一。

專家表示，人類如果再任由二氧化碳的濃度如此增長下去，100年以后，或者是更短的時間內，很可能發生像侏羅紀時期同樣程度的溫室效應。屆時，兩極冰蓋融化，陸地減少，氣溫大幅上升，大量生物滅絕。安東尼·科恩說，“雖然這種情形是極端的氣候事件，但并不排除其發生的可能性。問題的關鍵在于我們人類對控制二氧化碳排放的力度。”

六、天外來客

地球的成長歷程并不是一帆風順的，除了自身的板塊活動、巖漿活動、缺氧時間、全球變冷等等，還時不時受到外界的影響——小行星的撞擊。按照科學家公布的模型，早期的地球看上去就好像射擊場的靶子，在40億－45億年之前，地球的表面曾經反復受到來自小行星的撞擊。