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  • 每日觀察!藍(lán)色地球,其實(shí)有一段“黑歷史”

    時(shí)間:2022-09-27 15:40:23 來源: 科普中國


    圖1 地球(圖片來源:NASA)

    但實(shí)際上,地球的形象并不是亙古不變的。在植物登陸之前的40多億年的漫長歲月中,地球的外貌就好像川劇中的變臉大師一樣,變化過不下10次。

    一、45.5億年前


    (資料圖)

    這時(shí)候地球才剛剛誕生——簡單來說,就是無數(shù)千米直徑的小行星相互碰撞,并匯聚長大。在碰撞中,動能轉(zhuǎn)化為熱能,讓原本為石質(zhì)的小行星熔融變成巖漿,同時(shí)小行星本身攜帶的放射性元素因?yàn)樾⌒行侨廴诙_始下沉并匯聚到地核中,以放射性衰變的形式源源不斷地為地球提供熱量。

    這時(shí)候,整個(gè)地球就是巖漿球,因此也沒有海陸之分,那時(shí)候的地球可能長這樣↓

    圖2 地球形成于大約45.5億年前,無數(shù)小行星的撞擊讓地球變成一個(gè)紅彤彤的巖漿球,圖片中的環(huán)狀就是撞擊產(chǎn)生的。(圖片來源:flickr/Kevin Gill)

    二、45億年前

    大概還是45億年前,地球形成后很快開始冷卻——這很好理解,一杯熱水放在室溫下會變成常溫水,熾熱的地球在平均溫度-270℃的宇宙中自然也會變涼。明亮的巖漿冷卻后變成了黑乎乎的玄武質(zhì)巖石,它們覆蓋在地表,讓地球變成黑色。

    當(dāng)然,這個(gè)過程是逐步發(fā)生的,先是紅背景下產(chǎn)生小黑斑,然后黑斑變大,紅色退縮,最后黑色差不多覆蓋整個(gè)地球。最終,地球整體變成個(gè)黑球。

    圖3 地球逐漸冷卻的過程,黑色越來越多,最終將會變成一個(gè)黑地球(圖片來源:wikipedia/Jack Madden)

    這時(shí)候依然沒有一般意義上的海陸之分,但如果你把巖漿海也叫海的話,那么地球陸地上大概是這樣的↓。這時(shí)期的地球上,“陸地”全部由黑色玄武巖構(gòu)成,天空由溫度高達(dá)數(shù)百攝氏度乃至上千攝氏度的鉛灰色硅酸鹽云構(gòu)成。“海洋”則是紅色的流動巖漿。

    圖4 45億年前地球景象想象圖(圖片來源:NASA)

    三、約44億年前

    隨著地球的降溫,地表終于整個(gè)凝固下來,原本熾熱的硅酸鹽云也因冷卻而以硅酸鹽雨的形式降落到地表(這里的硅酸鹽云,可以簡單理解為各種巖石熔融蒸發(fā)的產(chǎn)物;硅酸鹽雨,簡單理解就是熔融態(tài)的沙子。依然無法想象的話,去搜一搜吹玻璃的圖片,大概就是那種效果)。

    然后,隨著溫度繼續(xù)降低,云層中的水蒸氣也得以冷卻凝結(jié),變成雨水了。這些水蒸氣大多來自巖漿,巖石的成分中其實(shí)也有水,它們以水分子,或是氫根、氫氧根離子的形式保存在巖石中,待巖石熔融后就混入巖漿中,最終因化學(xué)反應(yīng)而形成自由的水分子,隨著巖漿暴露在地表,水分子就以蒸汽形式蒸發(fā)到大氣中。這是地球上大部分水的來源。

    這時(shí)候,整個(gè)地球可能都被海洋包圍,海洋中星星點(diǎn)點(diǎn)分布著大量火山,這些火山或在水面之上構(gòu)成小型火山島,或在水下形成海底火山——總之,這時(shí)候地球的地殼、地幔、地核三層的圈層結(jié)構(gòu)還沒有形成,因此并不存在板塊活動與綿延的山脈。

    圖5 當(dāng)時(shí)的地球或許長這樣,整個(gè)被海水包裹,海洋中零星分布著小型火山島(圖片來源:wikipedia)

    如果貼近島嶼看,可能還會發(fā)現(xiàn)有大量的玄武巖石柱存在,其構(gòu)成的風(fēng)景可能如下圖:

    圖6 玄武巖石柱(圖片來源:wikipedia)

    現(xiàn)在地球上也有很多這種風(fēng)景,比如大名鼎鼎的巨人之路等等,當(dāng)然現(xiàn)在很難出國看,那也沒關(guān)系,中國國內(nèi)到處都是這種石柱風(fēng)景,其中最著名的可能要數(shù)福建漳州濱?;鹕絿业刭|(zhì)公園了。

    圖7 巨人之路的風(fēng)光 (圖片來源:Osip Kokin)

    四、約40億年前

    地球此時(shí)可能已經(jīng)形成了圈層結(jié)構(gòu),也開始形成板塊運(yùn)動了(但是很多科學(xué)家認(rèn)為并沒有,此問題很有爭議)。在板塊運(yùn)動的作用下,地球上原本形成的小小的零星陸塊開始碰撞到一起,陸地從島嶼和小陸塊變成大片陸地,陸地上也開始出現(xiàn)山脈。

    另外,不斷的火山活動,也讓火山島的面積開始擴(kuò)大,甚至連成一片,地球上出現(xiàn)了大大小小的陸地。

    但此時(shí),太陽系中開始出現(xiàn)大規(guī)模的小行星碰撞事件,無數(shù)小行星接連不斷撞擊在內(nèi)太陽系的各大巖石行星上,科學(xué)家將此次事件稱為后期重轟炸事件。

    圖8 處于重轟炸時(shí)期的地球,那時(shí)雖然有了陸地,但地球可能就是一張“麻子臉”(圖片來源:NASA)

    這時(shí)候的地球上,也可能與月球、火星、金星類似,出現(xiàn)了許多隕石坑。那時(shí)的地表荒蕪干燥,其宏觀的景觀以隕石坑為主。其中大型隕石坑中央凹陷,周圍隆起形成環(huán)形山。在環(huán)形山中間,可能形成巨大的湖泊,在環(huán)形山上同時(shí)也形成了向下方流動的河流。但此時(shí)的陸地依然荒蕪無比,毫無生命跡象。

    圖9 環(huán)形山中間的湖泊(圖片來源:NASA)

    與此同時(shí),由于地表出現(xiàn)了高低起伏,也因此出現(xiàn)了河流,河流在流動過程中,開始沖刷周邊的玄武巖陸地,將這些玄武巖磨碎并帶走。在有些長長的河流中,由于河流的長途搬運(yùn),玄武巖的許多深色礦物都被侵蝕消失,只留下淺色礦物,因此,此時(shí)的地表除了出現(xiàn)深色的巖漿巖之外,還開始出現(xiàn)淺色的沉積巖。

    圖10 現(xiàn)代在玄武巖石柱間穿行的河流,40億年前的地球陸地上這種風(fēng)景可能到處可見,但無一例外,沒有任何生命 (圖片來源:wikicommons)

    五、38~35億年前

    經(jīng)過長期的河流沖刷和沉積,此時(shí)的地表可能已經(jīng)開始被沉積巖覆蓋了,原本大規(guī)模的深色色調(diào)退去,這時(shí)的地表整體可能就是淺色色調(diào)了——比如淺黃色之類的。

    陸地上依然是小型山峰(或山脈),山脈間是河流在穿行,陸地上的隕石坑依然密密麻麻。

    圖11 科學(xué)家對火星上有水時(shí)候的想象圖(圖片來源:NASA)

    這時(shí)候最大的看點(diǎn)是最早的生物。不過此時(shí)的生物僅僅是一些海洋微生物,其中一些浮游生活,另一些則聚集在海岸邊,以微生物藻席(下圖右側(cè)海邊的小坨坨們)的形式存在。這些藻席形成的化石被稱為疊層石,如今世界各地都有疊層石的存在。

    海邊風(fēng)光可能如下圖所示,但顏色可能類似第一張圖中的黃色色調(diào)。

    圖12 此時(shí)海邊風(fēng)光的想象圖(圖片來源:wikipedia)

    六、25億年前

    此時(shí),最早的大陸出現(xiàn)了,名為凱諾蘭大陸(有爭議),同時(shí)板塊運(yùn)動也確定啟動了,陸地上開始形成大規(guī)模的山脈。

    此外,早期的光合作用生物也出現(xiàn)了,大氣中開始出現(xiàn)氧氣,這些氧氣會很快氧化陸地上的鐵元素,使得陸地上整體呈現(xiàn)紅色色調(diào)。

    圖13 諾蘭大陸存不存在,以及其形態(tài)其實(shí)還很有爭議(圖片來源:wikipedia)

    圖14 這是科學(xué)家對火星30多億年前的樣子的想象圖,地球那時(shí)大約與此相似,甚至可能更紅一點(diǎn)兒,因?yàn)榈厍蜓鯕飧?,對鐵的氧化會更充分(圖片來源:ESO)

    如果深入陸地觀察,陸地上此時(shí)應(yīng)該已經(jīng)有了山脈、河流、三角洲等地貌,只不過那時(shí)陸地上是荒蕪的,沒有植被覆蓋而已。

    那時(shí)地球的地貌細(xì)節(jié)應(yīng)該與現(xiàn)在的火星類似,我們可以從火星上找到那時(shí)地球的影子。

    圖15 本圖是NASA藝術(shù)家對有水的火星的想象圖,從太空視角看當(dāng)時(shí)的地球可能與此類似,但地球可能會更偏紅一點(diǎn)兒(圖片來源:NASA)

    圖16 那時(shí)的地球上也有了大峽谷,這是巨大河流塑造出來的景觀(圖片來源:NASA)

    圖17 科學(xué)家對火星上河流與三角洲的還原,三角洲上還有一個(gè)明顯的隕石坑,當(dāng)時(shí)地球的陸地上也到處都是隕石坑(圖片來源:NASA)

    圖18 無水的內(nèi)陸山脈(圖片來源:NASA)

    圖19 山腳下的荒漠(圖片來源:NASA)

    七、約24億年前

    由于海洋中浮游生物大量繁殖,植物光合作用吸收了巨量二氧化碳,導(dǎo)致地球降溫。這時(shí)候地球進(jìn)入一個(gè)大冰期,有科學(xué)家將其稱為第一次雪球地球事件,這時(shí)不管陸地還是海洋都被冰雪覆蓋,因此地球是一個(gè)雪球,陸地上也白茫茫一片。

    圖20 冰雪覆蓋的地球(圖片來源:MIKKEL JUUL JENSEN/SPL/COSMOS)

    圖21 當(dāng)時(shí)陸地上的冰湖和河流可能與此類似(圖片來源:ESA-A.Gers)

    圖22 陸地上的山脈也都被冰雪覆蓋,與現(xiàn)在的南極類似(圖片來源:Anne Fr?hlich)

    當(dāng)然,也不是全無生物,在某些開闊海域,還能看到許多藻類在一起生活,它們可能把一片海洋都染成了藍(lán)綠色的條帶,可能類似這樣↓

    圖23 海洋被染成了藍(lán)綠色的條帶(圖片來源:NASA)

    八、約20億年前

    由于火山持續(xù)噴發(fā),二氧化碳在大氣中再次積累起來,地球重回溫暖,大冰期結(jié)束,地球又變成了之前的模樣——巨大的藍(lán)色海洋間,紅色大陸點(diǎn)綴其中。

    圖24 大冰期結(jié)束后的地球想象圖(圖片來源:NASA)

    在大陸邊上可能能見到冰川消融后的大片藍(lán)綠藻,它們在遠(yuǎn)古的海面上構(gòu)成了藻華。

    圖25 現(xiàn)代海邊的風(fēng)景,從陸地上就能看到海水一片綠 (圖片來源:NASA)

    圖26 現(xiàn)代陸地邊的藻華(圖片來源:NASA)

    九、約7億年前

    由于氣候變冷,地球再次變成雪球,參考上上節(jié)。

    十、約5億年前

    這時(shí)候植物早已適應(yīng)了淡水環(huán)境,甚至最早的植物可能也已經(jīng)開始登陸。不過可以肯定的是,有一些藍(lán)綠藻先于植物登上了陸地,它們與某些真菌一起共生,形成地衣,這些地衣覆蓋在河湖海岸的巖石上,色彩斑斕。

    圖27 某些原始浮游藻類可能已經(jīng)適應(yīng)了淡水環(huán)境,開始在內(nèi)陸的淡水河湖中繁衍,同時(shí)也有一些地衣可能也登上了陸地,圖中水邊綠色的斑點(diǎn)可能就是這些生物(圖片來源:NASA)

    圖28 現(xiàn)代巖石上的地衣 (圖片來源:wikipedia)

    十一、大約4.5億年前

    植物登陸了……地球逐漸變成了我們熟悉的模樣。


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