地球的六次大变迁

吴　凡

20世纪80年代末开始，科学家尝试着建立起三维的地幔立体形象，发现在非洲与太平洋的下面，有来自地幔底的巨大热羽柱上升流，而在亚洲的下面有沉入的板块物质落入地幔底而产生的巨大冷羽柱下降流。科学家们由此得到启发，原来使板块发生运动的动力，是这种冷热物质的对流。

最新的地球科学表明，地球与生命的演化紧密相连。地幔羽柱的发现，对板块构造学说是重大的补充。从新的理论角度，结合新的生物发现，人们勾画出了新的地球观。让我们用新的视角，来观察地球史上6大划时代的事件，以及它们的来龙去脉。

46亿年前，原始的地球诞生

地球约在46亿年前由许多微行星反复冲撞合并诞生的。从一开始几千米直径的微行星成长到现在的地球大小，估计花费了3000年的时间。也有的科学家认为，在地球成长结束后，或许有一颗火星般大小的行星撞击了地球，由于这次碰撞，四处飞散的碎片在地球周围合而为一，形成了月球。

当微行星以每秒10千米以上的速度冲撞原始地球后，它的能量转化为热，使微行星或原始行星的物质熔化或蒸发。通过物质熔化，密度高的金属铁成分沉入原始地球的中心，形成了地核。另一方面。容易蒸发的物质变成气体，构成了原始大气。因此，地核和大气伴随着地球的成长基本上是同时生成的。

地球形成过程的最后阶段，是海洋的诞生。原始大气含有微行星带来的大量水蒸气，一旦微行星对地球的冲撞次数减少，原始大气的温度下降，水蒸气就变为水降落到地表，这个过程形成了原始的海洋。原始大气或海洋的组成也在逐渐发生变化。原始大气含有大量氢气。但是由于密度很小，因此逐渐逃逸到宇宙空间去，大气成分逐渐进化成以氮气为主，海洋成分进化到以水为主。

40亿年前，生命诞生

地球最初的生命大约在40亿年前诞生。这时的地球受微行星的冲撞逐渐减少，地球表面充分冷却并变硬，形成了板块。在地幔上升的地方，海洋板块分裂，．构成地球上延伸最长的山脉——洋中脊。在地幔上升的洋中脊处，形成了玄武岩质的新海洋地壳。板块在洋中脊生成、移动，在海沟处沉入另一个板块之下，自那时起板块开始运动。在海洋地壳沉入地幔底部时，沉入的洋壳部分熔化，形成制造大陆地壳的花岗岩成分。花岗岩成分的岩浆上升。开始构成作为海洋地区的岛弧状的陆地(类似今天的日本列岛、台湾岛、菲律宾群岛形成的岛弧)。

在洋中脊还形成了称为“热水喷口”的喷出高温热水的地方。海水从地壳的裂口渗入地下。通过岩浆加温，成为热水，热水大量熔解周围的金属成分，一起随岩浆从热水喷口涌出。在这样的地方，某些有机物可能会利用溶解在海水中的营养盐类，产生出繁衍自己的机制，从而进化成最初的生命。

27亿年前，强大的地磁场形成

从地球诞生到距今27亿年之前，地球的地表一直遭受来自太阳或宇宙落下的高能粒子的辐射。高能粒子能破坏生物的DNA，让生物死亡。因此，当时的生物只能生存在高能粒子辐射不到的深海里。

27亿年前，地球上逐渐形成了强大的磁场，形成的原因目前还不太清楚。科学家只是推测，由于板块运动，沉入地下的板块在27亿年前通过落入到外地核，激发产生了强大的地磁场。原来从海沟沉入地球内部的板块，在距离地表670千米左右积存。由于在这个深度左右，地幔的硬度和矿物的种类不同，形成了分隔地幔外层和内层的边界。在这个深度之上的地幔外层，是既坚硬又寒冷的岩石圈，在岩石圈的下面，则是软流圈，那里的物质具有塑性，内部温度也很高。所以，与软流圈上部接壤的岩石圈下部，有些局部熔化的岩石致使那里的岩石圈比较容易滑动，这是造成地球陆地变迁的主要因素。

以距今27亿年作为分界线，之前的地幔对流是在地幔外层和内层各自进行的。可是距今27亿年的时候，积存的板块物质一下子向下沉入，到达了地球外核，由此形成了贯穿整个地幔的全地幔对流。由于以铁为主要成分的金属流体沉入到外地核，其温度比外地核的温度低，这犹如在沸腾的外地核表面滴入凉的物质，使外地核的流体金属开始了有规律的强烈对流。通过流体金属流动产生了电流，结果在地球上制造了强大的磁场。

强大的地磁场的形成使来自太阳或宇宙的高能粒子辐射遭到拦截，使浅海对生物不再那么可怕了，生物开始进入浅滩生活。在浅滩诞生了称为裂殖藻的菌丛，通过光合作用向大气中释放氧气。

19亿年前，地球上出现最早的劳伦古陆

地幔对流越大，载在它上面的板块变动越大。27亿年前的全地幔对流使古大陆的出现成为可能。在距今19亿年前，地球上出现了最早的劳伦古陆。

科学家估计，地球早期，地球表面的小板块(或者叫小岛屿)数量有1000个左右，它们以弧状列岛的形式存在。弧状列岛的反复碰撞和合并，到了距今28亿年在全地幔对流形成之前，出现了若干小的大陆，但是板块数量仍非常多，彼此之间要归并形成一个超级大陆比较困难。到了27亿年前，由于开始出现全地幔对流，板块通过合并迅速变大，数量减少。经过8亿年的整合，到了距今19亿年前，出现了最早的劳伦古陆，其大小与现在的北美大陆相当。为何大陆会集中到一块呢?这是因为海洋板块在海沟沉入另一个板块之下，变成所谓的冷羽柱，也就是地幔下降流落入地幔深处。羽柱具有拉扯上层物质向下的性质。于是载着大陆的板块不断被下沉的冷羽柱拽到一起，运动到冷羽柱合并成为大的下降流附近，部分载着大陆的板块没有沉入地下，而是集中起来形成超级大陆。

6亿年前，冈瓦纳大陆分裂。引起物种大发展

19亿年前形成劳伦古陆后，地球上反复出现大陆分裂、合并的情况。劳伦古陆分裂后，15亿年前和10亿年前，又分别形成过超级大陆，而在距今6亿年前，形成了冈瓦纳大陆。

冈瓦纳大陆集中了现在北美、南极、澳大利亚、西伯利亚，成为一个整体。在热羽柱的上升作用下，地表的大陆被张裂开来，分裂的板块中间不久生成了太平洋。分裂时，沿着各自大陆之间形成的裂谷带灌入了海水，形成浅海。浅海是富含营养盐的温暖环境。如同称为“寒武纪(约自5.7亿年前起，到5亿年前止)物种大爆发”那样，许多大型的多细胞软体动物急剧地进化。在加拿大落基山脉的伯吉斯页岩中，人们发现了奇形怪状的化石，它们正是那时具有代表性的生物。那个场所其实就是北美与澳大利亚、南极当年分裂的地点。

与那些生物出现相应的情况是，大气中的氧气的浓度增加了，急速地接近了现在的数值(约占大气中的20％)。在4.4亿年前，臭氧层形成，对生物来说，有害的紫外线不再大量倾泻到地表，陆地上的生命活动成为可能，最终植物开始深入陆地。

2.5亿年前，泛大陆的分裂引起生物大灭绝

冈瓦纳大陆分裂后，4亿年前变成9块大陆，分散到地球各处。到了3亿年前，现在的亚洲大陆下面发生了巨大的冷羽柱落入地幔事件。像是被冷羽柱下落给拽过来似的，8个大陆急速地以亚洲为中心集中，在北半球形成了劳亚古陆，而南半球则是孤零零的冈瓦纳大陆。2.5亿年前，北半球的劳亚古陆与南北球仍然继续分裂的冈瓦纳大陆在地中海附近粘在一起，形成了泛大陆。

和位于亚洲大陆下面的冷羽柱下降对应，在非洲下面有热羽柱正在升起。于是，泛大陆再次开始分裂。这时，由于热羽柱把地幔深处的物质带到地表附近，在泛大陆分裂的地方，引起了剧烈的火山活动，富含气化成分的地幔岩浆喷出地表，化为尘埃散布在大气中。

这种环境的巨变引起浮游生物和珊瑚的人规模灭绝。由于火山喷发遮挡了太阳光，抑制了光合作用，致使素有氧气发生装置之称的浮游生物或珊瑚礁死去。在珊瑚附近有许多共生的藻类，以及栖息在珊瑚礁的其他生物，它们构成了以藻类的光合作用为基础的食物链的生物金字塔结构。由于珊瑚的灭绝，依赖它的许多生物也大量死去，导演了一场生物大灭绝。

这六次地球历史剧变中的每一次对地球的影响都非常深远，影响力可达数亿年。人类回眸这些变迁时，会被自然界的鬼斧神工、巧夺天工所惊叹不已。

责任编辑蒲晖