解读地球46亿年的漫长演化史,20亿年前的地球是什么样的?

宇宙时空探索 2024-11-10 18:50:46

时光倒流至45.7亿年之前,地球刚刚诞生,仍处于孕育生命的初始阶段。。科学家为了将漫长的地球历史更加系统化地呈现,将之分为了不同的时间单位,由大到小分别为:宙、代、纪、世。地球历史由此被划分为四个主要的宙:冥古宙、太古宙、元古宙以及显生宙。

众所周知的恐龙时代发生在显生宙的中生代,跨越了侏罗纪和白垩纪,而我们目前生活的则是显生宙的新生代第四纪的全新世。追溯到20亿年前,地球正处于元古宙的古元古代,经历了造山纪的地质变迁。

回溯至45.3亿年前,地球遭遇了一次巨大的行星撞击事件。这颗名为忒亚的行星与地球相撞后,其碎片围绕地球形成了我们今天所熟知的月球。从此,地球的自转轴得以稳定,尽管月球的潮汐作用使地球的自转速度不断减慢。那时的地球,一天的长度约为15小时,一年则包含590天。

而月球也逐渐远离地球,以每年3.8厘米的速度后退,当时月球与地球之间的距离仅为现在的一半。加之当时地球表面主要为海洋,因此潮汐作用更为剧烈和频繁,涨潮时波涛汹涌,退潮时远去至远方。

在20亿年前的地球上,生命尚未完全占据陆地,海洋是生命诞生的摇篮。早在元古宙之前的太古宙,地球上最早的生命形式——厌氧的原核生物细菌就已经在海洋中孕育,并延续至今,已有38亿年的历史。

早期的生命进化缓慢,经历了数十亿年的时光才得以有显著的改变。早期的真核生物,即具备细胞核的生命形式,被认为出现于16亿年前。然而,科研人员在一块21亿年前的化石上发现了类似藻类的真核生物痕迹,这表明真核生物出现的时间可能比以往所认为的更为古老。

大约20亿年前,一种真核厌氧生物吞噬了某种变形菌,却未将其完全消化。被吞噬的细菌在宿主细胞内部存活并繁殖,最终形成了共生关系。这些被吞噬的细菌后来演化成了真核生物的线粒体,作为细胞内的呼吸中心和能量工厂。

在地球早期的大气层中,95%以上的成分为二氧化碳,与如今的金星和火星大气成分相似。然而,随着能进行光合作用的蓝细菌出现,它们消耗二氧化碳并释放氧气,海洋中的亚铁离子将氧气还原成铁氧化物沉淀于海底,使得原本浅绿色的海洋变得清澈,光合作用得以向更深的水域扩展。经过了十几亿年的时间,海洋中的亚铁离子被消耗殆尽,约在24亿年前,亚铁离子完全被氧化,氧气开始溶入海水并释放到大气中,大气中的氧含量达到了4%(现今为21%),这一事件被称为大氧化事件。对于当时的厌氧生物来说,氧气是致命的,许多生物因此灭绝,只有少数适应了有氧环境得以存活,自此,好氧生物逐渐繁荣起来。

在地球的诞生之初,太阳的亮度比现今暗淡了30%至20%。如果没有温室效应,地球表面可能常年处于冰冷的零下数十摄氏度,液态水结冰,生命难以为继。幸运的是,当时的大气富含温室气体二氧化碳和甲烷,使得地球维持了温暖的气候,生命得以存续。然而,随着蓝细菌不断消耗二氧化碳产生氧气,大气中的氧气逐渐将甲烷氧化。在24亿年前,随着温室气体的减少以及太阳亮度的减弱,地球遭遇了一次冰河时期——休伦冰期,整个地球被冰封长达三亿年。

在20亿年前的地球,已经脱离了休伦冰期的冰雪覆盖,地球进入间冰期,但整个地球依然经历了多次冰封与解冻的循环。地球内部的活跃,频繁的火山活动释放出的二氧化碳和甲烷,终于在某天打破了冰层,使得地球得以重新回暖。

在20亿年前的地球上,一天的时长缩短至15小时,大气主要由二氧化碳和甲烷构成,并且地质运动仅存水平运动一种形式。在经历了垂直和水平运动并存的时期后,自元古宙起,地质运动仅表现为板块的移动与碰撞。板块的逐渐稳定促成了超大陆的形成。

约21亿年前至18亿年前,地球上发生了第一次全球规模的板块碰撞与造山运动,形成了首个超大陆——哥伦比亚超大陆。尽管当时的陆地无生命无土壤,一片岩石世界,但随后的岁月中板块的分分合合,最终塑造了如今的海陆格局。

20亿年前的地球,尽管看似荒凉,却充满了生命的活力。在广阔的海洋中,生命孕育、生长,氧气的含量逐步上升,太阳光也日益温暖。原始生命不息,更为复杂的生命形式或许正孕育在某个角落。地球的历史不断向前推进,生命的脉络也愈加丰富多彩。

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