看完地球历史上那些事我感到自己对力量一无所知

出品：科普中国

制作：关西科健产业研究院海纳百川

监制：中国科学院计算机网络信息中心

说到地球的历史，可能会让人感到困惑又着迷。之所以感到困惑，是因为地球的历史太久远了（46亿年），人类文明与之相比较，只是瞬息之间。但地球在漫长的46亿年里，过得并不乏味，经历了大陆的聚合与分离、生物物种的大爆发与灭绝等一系列重大事件，去探寻这些事件的起因、过程及结果，又是令人着迷甚至回味无穷的。

今天我们就一起回望地球历史上发生过的那些重大自然事件。

一、合久必分，分久必合的大陆板块

给你一张撕碎的报纸，我相信你总能根据报纸边缘的文字、每一个碎片的轮廓把它复原拼接起来。

当你面对世界地图的时候，你可曾有过一刻的冲动，把无际的蓝色大洋上点缀的一片片陆地拼接成无缝衔接的整体呢？

在人类史上还真有这么一位，怀着天马行空的想法，乾坤大挪移般地把地图上的各个大陆“撕扯”下来拼接在一起，他就是大名鼎鼎的阿尔弗雷格·魏格纳，大陆漂移说的创始人。

经过魏格纳及后来的地质学家们一步步的论证研究，最终形成了现在的板块构造理论，即地球表面覆盖着不变形且坚固的板块（岩石圈），这些板块在以每年1厘米到10厘米的速度在移动。

随着板块的移动和演化，地球上的大陆在历史上分分合合，即联合古陆的旋回。

随着大陆的不断聚合就出现了超级大陆（联合古陆），在地质历史中曾经出现过5次联合古陆，分别在约2500Ma1、约1900Ma、约1400Ma、约850Ma、约250Ma形成。

注1：Ma为年代单位，表示100万年

岩石圈演化图（356 Ma-未来150 Ma，Scotese, 1997）

250Ma左右形成的联合古陆是距离我们最近的一次，空间分布上，联合古陆呈典型的经向半球形分布，今天我们所看到的海陆分布格局就是在此基础上裂解、漂移形成的。

大量的地球科学资料表明，与此次古陆形成相伴发生的其他重大历史事件有：陆地面积大量增加、浅海面积急剧减少、气候变冷、海平面下降、缺氧沉积、火山的大爆发、浅海生物大灭绝等等。

所以说，板块移动是地球上一系列重大事件发生的一个重要因素。

二、生物集群灭绝事件

在太阳系、乃至银河系，地球都因其拥有种类繁多的生命体而与众不同。

在地球漫长的历史中，生命始终存在吗？

法国科学家里夫通过形象的描述给予了我们答案。

把地球的46亿年的时间压缩成一天，那么：

一天的前6个小时，地球上一片死寂；

在凌晨6点的时候，最低级的藻类才开始在海洋中出现，他们持续了相当漫长的时间；

直到20时，软体动物才开始在海洋中、湖泊沼泽中开始活动；

23时30分，恐龙出现，但登场仅仅10分钟便匆匆下台；

在这一天最后20分钟，哺乳动物才出现，并开始分化；

23时50分，我们的祖先才缓缓登场；

最后2分钟里，它们的大脑扩张，成为了人类。在里夫的描绘里，地球如同一个舞台，有人登场，就有人下台。

科学家把不同时期生物的下台称之为“灭绝”。地史时期，若多门类生物近乎同时灭绝，这种灭绝称之为集群灭绝。其主要特征是：在较短的时间内或在同一时间内主要生物类别或大量生物突然消失，生物分异度和生物量骤然降低。

据统计，在地球历史上，生物集群灭绝事件有15次之多，重大集群灭绝事件有5次。

海生动物主要灭绝事件及分异度变化（据Raup and Seokoski,1982）

（1）第一次大灭绝事件：4.50亿年前至4.40亿年前，约3千米厚的冰层覆盖了非洲北部和中部地球，以及南美洲的部分地区，这导致洋流和大气环流变冷，整个地球进入大冰期，85%的物种灭绝，约27%的科与57%的属灭绝。

从灭绝数量上看，在五次大灭绝事件中排名第三位。

（2）第二次大灭绝事件：到3.75亿年前至3.6亿年前，气候再次冰冷，海洋生物再次面临巨创，而陆地生物收到影响较小。约82%的海洋物种灭绝，当时浅海的珊瑚几乎全部灭绝，深海珊瑚也部分灭绝，此次事件在五次大灭绝事件中排名第五位。

（3）第三次大灭绝事件：2.51亿年（251Ma），海平面下降，生态系统遭到严重破坏，地球爆发了又一次物种大灭绝，这也是地球历史上最严重的大灭绝事件，总共约57%的科、83%的属，大约96%的海洋生物和70%的陆地生物灭绝。

此次彻底灭绝的动物包括：三叶虫、海蝎、重要珊瑚类群、陆栖单弓类群动物和许多爬行类群。

（4）第四次大灭绝事件：2.0亿年前，除鱼龙外所有的海生爬行动物灭绝，一半海洋物种消失。陆地所有迷龙和大多数合弓类动物消失。槽齿目动物灭绝了，幸存的植物有针叶类和苏铁。也正是这次灭绝事件，给恐龙提供了广阔的生存空间，使得恐龙成为接下来一段时间地球的霸主。

这次灭绝事件历史很短，不足一万年的时间，其灭绝原因至今未确定。火山喷发、流星撞击、极寒天气都有可能是凶手。

（5）第五次大灭绝事件：6500万年（65Ma），地球爆发了第五次大灭绝事件，恐龙灭绝就发生在这一段时间。大气层中微粒遮辟了阳光，依赖光合作用的植物减少，草食性恐龙受到巨创，肉食恐龙也因缺乏食物而灭亡。颗石藻与软体动物遭受严重打击。杂食性、食虫性、以及食腐动物在幸存下来，如鳄鱼和哺乳动物，河流生物群落也得以保存。

此次灭绝事件，最终导致约17%的科、50%的属、75%的物种灭绝，此次灭绝事件的规模在五次大灭绝事件中排名第二。

我们人类要见证第六次重大集群灭绝事件吗？

据《科学》杂志最新发表的一项研究，一个国际科学家团队警告称，动物的灭亡和减少正是地球第六次生物大灭绝的前奏。从1500年开始，超过320个陆栖脊椎动物物种接连灭绝。剩余物种也表现出了平均25%的衰退，这种现状在无脊椎动物中也极其相似。

虽然之前的大灭绝是由地球的自然变化或者灾难性的小行星撞击导致的，但是如今生物的灭绝与人类行为非常相关。所以我们在这里呼吁：保护动物，保护与我们一同生活在地球上的朋友！

三、让你找不着北的地球磁极

驴友外出旅行的时候，一定会随身携带一个指南针，当置身大山深处无法辨别方向的时候，就会求助于它。指南针是借助地球磁极来校准的，而如今的地球恰好磁北极与地理北极近乎一致，因此指南针可以帮助我们辨别南北。

我们都知道，地球有南北极磁场，很多人以为它们是固定不变的。然而科学家研究发现，地球磁场的磁极并不是一成不变的，在过去的千万年中已经发生了好几次翻转。即地磁的北极变成地磁的南极，而地磁的南极变成了地磁的北极，这就是所谓的“磁极倒转”

地球磁场的这种磁极变化，在地球的历史中一直存在。如果把地球的历史缩短成1天，在这期间，你会发现手上的指南针像疯了似的乱转，一会儿指南，一会儿指北。但磁极的倒转在地质时期的尺度上是还是缓慢的，常常以千年、万年为周期。

上图（引自NASA）为超级计算机中的地球磁场模型，左侧为通常所见具有两个磁极的地磁场，这是两次倒转之间漫长年代的典型形态；右侧为短时间（相对而言）内处于磁极倒转过程中地磁场发生了剧烈变化的复杂形态。

我们是如何知道磁极是变化的？

各个地质时代的岩石常都有一定的磁性，这些岩石便能记录下来它们生成时期的磁极方向。下图是地质记录，提示了过去1.6亿年间地球磁场方向的变化，黑色代表磁场与目前一致，白色代表磁场与目前相反，从图中可以看出，地球磁极的反转并无固定周期可言。

为什么会出现磁极变化呢？地球磁场反复变化有什么规律吗？

科学家们对此也没有得出统一的观点。大部分科学家认为，当地球内部液态铁质流围绕着地核中心流转时，如果突然发生变化，其流动方向倒转，就会引发磁极倒转现象。

四、冰河时代

对于全球变冷事件相信大家不会陌生，随着电影《后天》《冰河时代》等一系列电影的热映，我们见识到了全球气候变冷的壮阔场景和大自然的强大力量。这里要告诉大家的，冰河时代真的在地球上出现过，还不止一次。

地史上出现过三次著名的全球性跨区域的气候变冷事件，公认的有前寒武纪晚期大冰期（约500 Ma）、石炭纪-二叠纪大冰期（350～250 Ma）和第四纪大冰期（约10 Ma）。

冰期时期最重要的标志是全球性大幅度气温变冷，在中、高纬(包括寒冷的冰期极地)及高山区广泛形成大面积的冰盖和山岳冰川。由于水分由海洋向冰盖区转移，大陆冰盖不断扩大增厚，引起海平面大幅度下降。所以，冰期盛行时的气候表现为干冷。冰盖的存在和海陆形势变化，气候带也相应移动，大气环流和洋流都发生变化，这均直接影响动植物生长、演化和分布。

关于气候变迁的原因或冰期的成因问题，在科学界至今还是一个“谜”。

目前，科学家们提出了冰期成因的七种假说：

1.由太阳系在宇宙间所处的位置变化引起。

当太阳系随同银河系的自转通过宇宙间寒冷区域时，或转到宇宙尘微粒子稠密区域时，部分太阳辐射被宇宙尘埃吸收，地球得到的太阳辐射减少，温暖降低，地球出现冰期。

2.地球公转轨道的偏心率每93000年就会发生一次变化，造成地日距离加大，或地球受木星的吸引，地球公转轨道变圆（大约每10万年一次），地日距离变远，地球温暖降低，形成冰期。

3.地球转速的变更，造成地壳运动，两极大气的变化，如地球转速加快时，两极寒冷的大气涌向赤道，气候变冷。

4.强烈的地壳运动，使火山活动频繁，火山喷发出大量碎屑，遮天蔽日，减弱了太阳辐射热。强烈的地壳运动还会造成大陆上升，大量新岩石暴露于空气中，岩石风化使大气中保护地球热量不致散发的二氧化碳含量降低，造成气温下降、冰川活动，产生冰期。

5.大陆飘移使各大陆相对两极的位置在不同时期发生不同的变化。在移近两极时气候寒冷，出现冰期，如石炭——二叠纪冰期，非洲、澳洲、南美洲、南极洲以及印度原是一个完整的古大陆，而非洲就是当时的南极，北极在太平洋中。所以那时南半球的古大陆都有冰川行动。

6.地球南北磁极互相倒转的过渡时期，地磁场相当微弱，大气层中弥漫着带电子粒子和宇宙尘，阳光被遮挡，气温下降，雨和雪断断续续，一下就是数百年，冰期到来。

7.寒冷的北冰洋的海水通过海峡与温暖的太平洋、大西洋交流时，潮湿的气候使北冰洋上空大雪弥漫，结成冰盖，将大部分的太阳辐射反射掉，致使气候变寒，冰期出现。

到底哪种假说更切合实际？是否还有什么其他原因？下一次大冰期何时将至？都有待人类继续探讨。

五、缺氧事件

众所周知，氧气是给予生命、维持生命的重要要素，可想而知在生物繁盛的地球，氧气量骤降会造成怎样的灾难。

地史中，大规模的缺氧事件沉积主要发育寒武纪初期（约500Ma）、奥陶纪-志留纪之交（约440Ma）、晚泥盆世（约360Ma）、晚石炭世-早二叠世（约300Ma）、二叠纪-三叠纪之交（约250Ma）和三叠纪-侏罗纪之交（约200Ma）。

除寒武纪初期和晚石炭世-早二叠世的缺氧事件外，其他四次分别与上述的四次生物集群灭绝的时间大体吻合。

造成海洋缺氧，可能是受气候条件、大洋环流、海面升降和大陆位置等多种因素的共同影响。例如，有人认为，气候温暖时期，大洋经向温差变小，世界洋流停滞，形成滞水期，使得大洋缺氧层增厚。大陆缺氧的最直接因素可能就是二氧化碳浓度的升高。

过去40万年，二氧化碳在大气中的浓度约为180至280ppm(表示每百万个空气分子中二氧化碳分子的数量)，但从工业革命后，二氧化碳浓度不断上升，到2004年已达到前所未有的379ppm。这个浓度已经是侏罗纪时期发生严重温室效应时二氧化碳浓度的四分之一。

专家表示，人类如果再任由二氧化碳的浓度如此增长下去，100年以后，或者是更短的时间内，很可能发生像侏罗纪时期同样程度的温室效应。届时，两极冰盖融化，陆地减少，气温大幅上升，大量生物灭绝。安东尼·科恩说，“虽然这种情形是极端的气候事件，但并不排除其发生的可能性。问题的关键在于我们人类对控制二氧化碳排放的力度。”

六、天外来客

地球的成长历程并不是一帆风顺的，除了自身的板块活动、岩浆活动、缺氧时间、全球变冷等等，还时不时受到外界的影响——小行星的撞击。按照科学家公布的模型，早期的地球看上去就好像射击场的靶子，在40亿－45亿年之前，地球的表面曾经反复受到来自小行星的撞击。