关于地球，有哪些值得每个人了解的惊天动地？

源济

关于地球，有哪些值得每个人了解的惊天动地？

知乎高赞  2022-05-29 07:00 Posted on 吉林

用一句话描述地球的珍贵，大概就是：

在茫茫宇宙中，人类仍然找不到第二个可供人生存的星球。

从 45 亿年前到现在，地球是怎样演变成现在的样子的？

多少个巧合叠加到一起，才有了如今的人类和万物？

 地球演化中，有哪些超乎人想象的现象？ 

| 答主：巴甫洛夫很忙（2.0 万人赞同了该回答）

1、生命之树

 

下图是「生命之树」，地球上所有的生物都有同一个祖先。树状图显示生命的分支和演化。

 

从演化程度来讲，我们只是数万物种中平凡的一种。

 

所以 homo sapiens ，不要太高看「智力」的地位，也不要认为人类是万物之灵。

 

所有生物都有独特的生存哲学，「智力」只是其中一种。

 

我个人不喜欢使用「进化」这个词，我倾向使用「演化」这个词，因为「进化」好像暗示着变化具有「向前」的方向性，其实不然。

 

比如更古老的肺鱼就比更现代的肺鱼更加敏捷，神经也更灵敏，生物演化的目的只有一个，存活，而不是变得更「高级」。

 

 

2、循环的碳元素

 

此图显示每年有数十亿吨的碳，在陆地大气和海洋之间中快速碳循环的运动。

 

黄色数字是天然的通量，红色是人类的贡献，在每年数十亿吨碳计。白色数字表示贮存的碳。

 

作为碳基生命的星球，碳元素循环的任意一个环节出现一点点偏差，整个循环链将会失去平衡。

 

对现在的地球来说，这个循环最直观的影响就是化石能源燃烧产生过量二氧化碳带来的温室效应。

 

有趣的是这个对比：碳循环（黄字）的量级在 1-100 之间，净的年增量仅在个位数，而固定的碳元素（白字）至少也是千级——

 

这个系统非常稳定，但是细微的波动造成的影响也能够给人类带来巨大的困扰，人类的生活环境真是无比脆弱啊。

 

人类用智力更好地生存，同时智力的发明又带来新的问题，然后又用智力不断地解决掉这些问题，人类的日常真是 exciting 。

 

（单位：Gton）

 

3、真菌拯救地球

 

真菌，又称菌物界，是真核生物中的一大类群，包含酵母、霉菌之类的微生物，及最为人熟知的菇类。

 

真菌自成一界，与植物、动物和原生生物相区别。

 

真菌和其他三种生物最大不同之处在于，真菌的细胞有含几丁质为主要成分的细胞壁，而植物的细胞壁主要是由纤维素组成。

 

卵菌和黏菌、水霉菌等在构造上和真菌相似，但都不属于真菌，而是属于原生生物。

 

研究真菌的学科称为真菌学，通常被视为植物学的一个分支。但事实显示，真菌和动物之间的关系要比和植物之间更加亲近。

 

还是碳循环惹的事。

 

植物开始用木质素制造细胞壁的时候，它们自己也不知道，这种结构竟然是无解的存在——没有动物能消化木质素，也没有能分解木质素的微生物，总之就是木头无法腐烂。

 

植物光合作用吸收大气中的二氧化碳，碳元素被用于制造木质素和组成细胞壁，就被固定在了植物体内，死后无法分解意味着进入植物的碳元素无法释放重新进入碳循环。

 

几百万年碳元素在植物体内的积累造成了大气中二氧化碳含量的锐减，气候变冷，植物缺乏二氧化碳进行光合作用，食物链断裂，生物大规模死亡。

 

是分解木质素的真菌的出现使得碳循环得以重新建立。如果真菌分解木质素的演化推迟几百万年……

 

这时候大气氧含量爆棚，导致了各种巨型昆虫，属于最不想穿越到的地质年代 TOP3 。

 

4、大氧化事件（ Great Oxygenation Event ）

 

大氧化事件，也有氧化灾变（ Oxygen Catastrophe or Oxygen Crisis ）等不同称呼，是指约 26 亿年前，大气中的游离氧含量突然增加的事件。

 

这一事件的具体原因尚不得知，目前只有若干种假说能加以解释。大氧化事件使得地球上矿物的成分发生了变化，也使得日后动物的出现成为了可能。

 

如果没有这个事件，地球将是厌氧生物的天下。

 

事件的尺度也很震撼：

 

开始时大气中的氧含量非常低，蓝绿藻每产生一丝氧气，都与地表的二价铁矿物发生反应生成三价铁矿物，直到地球表面所有的二价铁全部氧化——然后才开始积累大气游离氧。

 

这个故事让我想起了愚公移山。

 

5、地月同源说

 

对于不熟悉地球科学论证体系的同学，这里要强调一点：

 

学说、假说、理论都是依据一定的事实，进行的推理论证，有争议是非常正常且健康的现象。

 

举个栗子，你妈摸了电视机发现是热的，于是依据此事实建立了「小明偷偷看电视」假说，并且你爸通过遥控器位移的证据间接支持了这个假说；

 

可是他们永远也无法直接观测到你看电视的那个时候，所以即使有再多的证据，也是假说。

 

你的小伙伴可以说，你没有看电视，是猫蹲在电视机上所以很热，这时候就产生了另一种学说。

 

小张说，都不对，是小明有不断摩擦电视机后盖的癖好所以很热。所以每个学说的置信度是不一样的。

 

地月同源便是一个依据事实建立的假说。

 

假说的内容是：月球的形成来自于一次 45 亿年前地球与火星大小的星体的碰撞，甩出的物质逐渐凝聚成为月球。

 

 

支持的证据有：

 

地球的自转和月球的轨道的朝向是相似的；

月岩标本指示月球表面曾经是熔融的；

月球有一个相对较小的铁镍核心-类似地球组成；

月球比地球密度小；

在其他星球观测到类似的碰撞——导致岩屑盘的产生；

推测的大碰撞和主流的太阳系演变学说有一致性；

地月的稳定同位素指示向一个共同的起源。

 

6、埃迪卡拉（ Ediacaran ）和寒武纪生物大爆炸（ Cambrian Radiation ）

 

 

大约 540 百万年前，海洋由大量造礁生物占领。

 

彼时的海水氧含量非常低，覆盖海底的是微生物组成的毯。

 

这些微生物多数静止不动，没有壳软软的，少数可以瞎转悠（是真的瞎，没眼睛），以身体表面吸收养分为生。

 

这是种简单的海洋生态，没有捕食者，可以安安静静的做一个美微生物，这便是埃迪卡拉生物群。

 

这种宁静已经维持了数十亿年，却即将在接下来的短短几个百万年中被打破。（ Fox，2016 Nature ）

 

寒武纪，BOOM 。生物种类数量迅速膨胀，演化也变得如火如荼，生物的样貌当然也变得五花八门——

 

咦？这是什么？按住 WASD 可以移动了！咦？有光！我能看见我老婆长啥样了。我的嘴变得好强力，这是什么可以吃吗？

 

生物迅速演化出了足，眼，颚，腮等重要器官。

 

关于大爆炸的触发因素讨论很激烈，内因可能是关键基因的突变，可能是关键器官的出现（眼）；

 

外因可能是氧含量的突然上升，可能是两者的综合。

 

也可能是捕食者的出现导致了生物的「军备竞赛」，激烈的竞争导致了演化的加速。

 

有氧呼吸是一种更加「奢侈」的能源，提供了更强大的动力，也足以支撑能耗较高的神经系统的运转，生存空间也由二维变成了三维（从爬行到游泳）。

 

可是氧含量理论近来受到了挑战。证据表明彼时的氧含量上升比我们预期的尺度要小很多，远不足以产生如此强烈的刺激。

 

大爆炸的起因可能并不是氧含量，因为即使是爆发前的氧含量也已经足够支撑大型生物的消耗了。

 

 

翻译：大型动物在埃迪卡拉纪开始出现，不过这些生物移动缓慢或者无法移动。

埃迪卡拉纪末期大洋氧含量的上升可能是寒武纪大爆炸的导火索。

 

①  八亿年前，氧含量从少于 0.1% 上升到大致 1%-2%

② 6.35 亿年前， 冰川期的结束可能带来了氧含量的峰值，其他的峰值也可能发生在不同的时期

③ 8.5 亿年前，大型的埃迪卡拉生物出现

④ 5.42 亿年前，埃迪卡拉生物群绝灭，寒武纪爆炸开始

⑤ 氧含量缓慢，（可能）非均匀地上升，逐步到现代水平

 

埃迪卡拉生物：简单，缺少足，眼和其他解剖学的「发明」

 

寒武纪生物：寒武纪大爆炸产生了很多延续到今的物种。比如节肢动物，脊索动物（一部分发展成为了现在的脊椎动物）

 

7、生物大灭绝

 

生物大灭绝是指在极短的地质时间内，大量物种急剧灭绝的事件。

 

现在的地球一共经历了 5 次这样的大灭绝。

 

推测的原因分别有可能是冰川引起的海平面降低，全球变冷，小行星撞击/超级火山喷发事件以及其连锁反应（现在的黄石火山就是一座超级火山），大陆熔岩溢流。

 

其中最严重的一次发生在距今 251 百万年前的二叠纪-三叠纪界线，总共有 95% 的海陆生物死亡。

 

即使是这样多灾多难，地球生物也从未全军覆没，总会有一小撮最顽强的生物存活下来（比如后文中可爱的肺鱼），在灾难过后迅速繁衍壮大，所谓野火烧不尽，春风吹又生。

 

 

翻译：

 

第一次大灭绝：冰川期以及冰期结束后的气候反弹

第二次大灭绝：海洋缺氧事件，海平面上升和全球变冷

第三次大灭绝：极度干燥和炎热，大型火山喷发导致大量二氧化碳喷入大气，导致了温度上升和海洋酸化。此后地球生命经历了一千至两千万年的恢复期。

第四次大灭绝：极端的火山喷发，盘古超大陆裂开，全球升温，大洋酸化。原因尚有争论。

第五次大灭绝：海平面降低，火山活动导致了百万年尺度的生物数量减少。灾害导致酸雨和气候变冷。大型小行星撞击地球造成进一步的灭绝。

第六次：一部分科学家认为第六次大灭绝开始于一万年前人类开始统治地球。原因是捕猎，生态毁灭，污染，气候变化。

 

插播一条——猴子和人类是都是鱼进化而来的：

 

人类属于 Tetrapod 四足动物，属于 Sarcopterygii 肉鳍鱼亚纲的一个分支。

 

 

跟人类最近的现存鱼类是肺鱼：

 

「老子可是躲过了所有的 5 次大灭绝哦！」

 

8、超大陆旋回——沧海变桑田，桑田又变沧海

 

 

现代地球的最外层是由数个板块（ = 地壳 + 上地幔岩石圈）拼接组成的。

 

这些板块的密度小于上地幔软流圈（ Asthenosphere ），所以板块浮在地幔软流圈之上，并且可以被地幔对流驱动而漂移。这就是板块运动理论。

 

 

超大陆旋回是指板块聚拢再分散的一个循环。

 

板块分散开来，中间便成了大海，板块聚拢，挤压在一起的两个板块便堆成了山。

 

现在的地球上，数个超大陆旋回正在同时进行，并且我们可以幸运地在不同地方找到该旋回的所有阶段。

 

 

1）旋回的开始——大陆开裂。东非大裂谷就是刚刚裂开的大陆。

2）大陆进一步开裂，海水灌入。——红海就是海水灌入后的裂谷。

3）大陆完全分开，成为成熟的大洋盆地。——大西洋

4）极盛而衰，大洋盆地由于俯冲运动开始聚拢——太平洋，俯冲运动发生在太平洋西侧。

5）逐渐消失的大洋盆地——地中海

6）完全消失的大洋，两个板块「缝合」在一起，形成高大的山脉——喜马拉雅山/西藏高原

 

这个过程用天翻地覆来形容也毫不夸张。我们现在能够观察到许多倒转地层，它们都被造山运动掀了个底朝天。

 

 

9、海洋中的钙镁离子，大洋钻探计划和古气候重建

 

海水的化学成分不是一成不变的。

 

在漫长的地质历史中，海水的成分呈周期性的变化，这种变化自显生宙起就存在。

 

海水的成分变化反映了地表活动根本性的变化，即大陆风化-沉积-火山活动的平衡的改变。

 

要从一种矿物说起：CaCO3 ，它是贝壳的成分，也是灰岩的化学成分。

 

它能以两种不同的晶体结构存在：文石和方解石。

 

M.H. 克拉普罗特发现方解石和文石的组成都是碳酸钙，方解石属于三方晶系，是在较低温度下形成的，文石属于正交晶系，是在较高温度下形成的。

 

我们从沉积物中得知，奥陶到泥盆纪主要沉积方解石，而进入石炭纪直至三叠纪海水都沉积文石，之后侏罗至白垩纪又回到文石。

 

控制碳酸盐岩矿物的结晶偏好主要因素之一是钙镁离子的比例，而从钙镁离子比例的变化我们可以得知海水温度的变化，从而得知大气温度的变化——这些变化无一例外都和碳元素的循环密不可分。

 

大洋钻探计划（ IODP ）是一个国际性的研究项目，规模不亚于欧洲粒子物理的研究。

 

这个计划集结了全世界顶级的地质学家，海洋学家和工程师，在大洋地壳中钻取岩芯，分析其中的化学成分，其中一个部分就是利用钙镁比例变化重建古气候变化史。

 

是不是觉得碳元素超级厉害？

 

碳元素在宇宙中的丰度只有千分之五，在太阳系中丰度只有千分之三，在地壳中更是只有万分之三。

 

这万分之三中的「很小很小很小」的一部分，组成了所有的生命，控制着地球的温度，改变了海洋的成分，提供了人类百分之八十的能源，以及更多。

 

本答案终于结束了。感谢您读到最后！

 

题图： 《地球脉动》

编辑： 鑫鑫向荣