地球的六次大變遷

吳　凡

20世紀80年代末開始，科學家嘗試著建立起三維的地幔立體形象，發現在非洲與太平洋的下面，有來自地幔底的巨大熱羽柱上升流，而在亞洲的下面有沉入的板塊物質落入地幔底而產生的巨大冷羽柱下降流。科學家們由此得到啟發，原來使板塊發生運動的動力，是這種冷熱物質的對流。

最新的地球科學表明，地球與生命的演化緊密相連。地幔羽柱的發現，對板塊構造學說是重大的補充。從新的理論角度，結合新的生物發現，人們勾畫出了新的地球觀。讓我們用新的視角，來觀察地球史上6大劃時代的事件，以及它們的來龍去脈。

46億年前，原始的地球誕生

地球約在46億年前由許多微行星反復沖撞合并誕生的。從一開始幾千米直徑的微行星成長到現在的地球大小，估計花費了3000年的時間。也有的科學家認為，在地球成長結束后，或許有一顆火星般大小的行星撞擊了地球，由于這次碰撞，四處飛散的碎片在地球周圍合而為一，形成了月球。

當微行星以每秒10千米以上的速度沖撞原始地球后，它的能量轉化為熱，使微行星或原始行星的物質熔化或蒸發。通過物質熔化，密度高的金屬鐵成分沉入原始地球的中心，形成了地核。另一方面。容易蒸發的物質變成氣體，構成了原始大氣。因此，地核和大氣伴隨著地球的成長基本上是同時生成的。

地球形成過程的最后階段，是海洋的誕生。原始大氣含有微行星帶來的大量水蒸氣，一旦微行星對地球的沖撞次數減少，原始大氣的溫度下降，水蒸氣就變為水降落到地表，這個過程形成了原始的海洋。原始大氣或海洋的組成也在逐漸發生變化。原始大氣含有大量氫氣。但是由于密度很小，因此逐漸逃逸到宇宙空間去，大氣成分逐漸進化成以氮氣為主，海洋成分進化到以水為主。

40億年前，生命誕生

地球最初的生命大約在40億年前誕生。這時的地球受微行星的沖撞逐漸減少，地球表面充分冷卻并變硬，形成了板塊。在地幔上升的地方，海洋板塊分裂，．構成地球上延伸最長的山脈——洋中脊。在地幔上升的洋中脊處，形成了玄武巖質的新海洋地殼。板塊在洋中脊生成、移動，在海溝處沉入另一個板塊之下，自那時起板塊開始運動。在海洋地殼沉入地幔底部時，沉入的洋殼部分熔化，形成制造大陸地殼的花崗巖成分。花崗巖成分的巖漿上升。開始構成作為海洋地區的島弧狀的陸地(類似今天的日本列島、臺灣島、菲律賓群島形成的島弧)。

在洋中脊還形成了稱為“熱水噴口”的噴出高溫熱水的地方。海水從地殼的裂口滲入地下。通過巖漿加溫，成為熱水，熱水大量熔解周圍的金屬成分，一起隨巖漿從熱水噴口涌出。在這樣的地方，某些有機物可能會利用溶解在海水中的營養鹽類，產生出繁衍自己的機制，從而進化成最初的生命。

27億年前，強大的地磁場形成

從地球誕生到距今27億年之前，地球的地表一直遭受來自太陽或宇宙落下的高能粒子的輻射。高能粒子能破壞生物的DNA，讓生物死亡。因此，當時的生物只能生存在高能粒子輻射不到的深海里。

27億年前，地球上逐漸形成了強大的磁場，形成的原因目前還不太清楚。科學家只是推測，由于板塊運動，沉入地下的板塊在27億年前通過落入到外地核，激發產生了強大的地磁場。原來從海溝沉入地球內部的板塊，在距離地表670千米左右積存。由于在這個深度左右，地幔的硬度和礦物的種類不同，形成了分隔地幔外層和內層的邊界。在這個深度之上的地幔外層，是既堅硬又寒冷的巖石圈，在巖石圈的下面，則是軟流圈，那里的物質具有塑性，內部溫度也很高。所以，與軟流圈上部接壤的巖石圈下部，有些局部熔化的巖石致使那里的巖石圈比較容易滑動，這是造成地球陸地變遷的主要因素。

以距今27億年作為分界線，之前的地幔對流是在地幔外層和內層各自進行的。可是距今27億年的時候，積存的板塊物質一下子向下沉入，到達了地球外核，由此形成了貫穿整個地幔的全地幔對流。由于以鐵為主要成分的金屬流體沉入到外地核，其溫度比外地核的溫度低，這猶如在沸騰的外地核表面滴入涼的物質，使外地核的流體金屬開始了有規律的強烈對流。通過流體金屬流動產生了電流，結果在地球上制造了強大的磁場。

強大的地磁場的形成使來自太陽或宇宙的高能粒子輻射遭到攔截，使淺海對生物不再那么可怕了，生物開始進入淺灘生活。在淺灘誕生了稱為裂殖藻的菌叢，通過光合作用向大氣中釋放氧氣。

19億年前，地球上出現最早的勞倫古陸

地幔對流越大，載在它上面的板塊變動越大。27億年前的全地幔對流使古大陸的出現成為可能。在距今19億年前，地球上出現了最早的勞倫古陸。

科學家估計，地球早期，地球表面的小板塊(或者叫小島嶼)數量有1000個左右，它們以弧狀列島的形式存在。弧狀列島的反復碰撞和合并，到了距今28億年在全地幔對流形成之前，出現了若干小的大陸，但是板塊數量仍非常多，彼此之間要歸并形成一個超級大陸比較困難。到了27億年前，由于開始出現全地幔對流，板塊通過合并迅速變大，數量減少。經過8億年的整合，到了距今19億年前，出現了最早的勞倫古陸，其大小與現在的北美大陸相當。為何大陸會集中到一塊呢?這是因為海洋板塊在海溝沉入另一個板塊之下，變成所謂的冷羽柱，也就是地幔下降流落入地幔深處。羽柱具有拉扯上層物質向下的性質。于是載著大陸的板塊不斷被下沉的冷羽柱拽到一起，運動到冷羽柱合并成為大的下降流附近，部分載著大陸的板塊沒有沉入地下，而是集中起來形成超級大陸。

6億年前，岡瓦納大陸分裂。引起物種大發展

19億年前形成勞倫古陸后，地球上反復出現大陸分裂、合并的情況。勞倫古陸分裂后，15億年前和10億年前，又分別形成過超級大陸，而在距今6億年前，形成了岡瓦納大陸。

岡瓦納大陸集中了現在北美、南極、澳大利亞、西伯利亞，成為一個整體。在熱羽柱的上升作用下，地表的大陸被張裂開來，分裂的板塊中間不久生成了太平洋。分裂時，沿著各自大陸之間形成的裂谷帶灌入了海水，形成淺海。淺海是富含營養鹽的溫暖環境。如同稱為“寒武紀(約自5.7億年前起，到5億年前止)物種大爆發”那樣，許多大型的多細胞軟體動物急劇地進化。在加拿大落基山脈的伯吉斯頁巖中，人們發現了奇形怪狀的化石，它們正是那時具有代表性的生物。那個場所其實就是北美與澳大利亞、南極當年分裂的地點。

與那些生物出現相應的情況是，大氣中的氧氣的濃度增加了，急速地接近了現在的數值(約占大氣中的20％)。在4.4億年前，臭氧層形成，對生物來說，有害的紫外線不再大量傾瀉到地表，陸地上的生命活動成為可能，最終植物開始深入陸地。

2.5億年前，泛大陸的分裂引起生物大滅絕

岡瓦納大陸分裂后，4億年前變成9塊大陸，分散到地球各處。到了3億年前，現在的亞洲大陸下面發生了巨大的冷羽柱落入地幔事件。像是被冷羽柱下落給拽過來似的，8個大陸急速地以亞洲為中心集中，在北半球形成了勞亞古陸，而南半球則是孤零零的岡瓦納大陸。2.5億年前，北半球的勞亞古陸與南北球仍然繼續分裂的岡瓦納大陸在地中海附近粘在一起，形成了泛大陸。

和位于亞洲大陸下面的冷羽柱下降對應，在非洲下面有熱羽柱正在升起。于是，泛大陸再次開始分裂。這時，由于熱羽柱把地幔深處的物質帶到地表附近，在泛大陸分裂的地方，引起了劇烈的火山活動，富含氣化成分的地幔巖漿噴出地表，化為塵埃散布在大氣中。

這種環境的巨變引起浮游生物和珊瑚的人規模滅絕。由于火山噴發遮擋了太陽光，抑制了光合作用，致使素有氧氣發生裝置之稱的浮游生物或珊瑚礁死去。在珊瑚附近有許多共生的藻類，以及棲息在珊瑚礁的其他生物，它們構成了以藻類的光合作用為基礎的食物鏈的生物金字塔結構。由于珊瑚的滅絕，依賴它的許多生物也大量死去，導演了一場生物大滅絕。

這六次地球歷史劇變中的每一次對地球的影響都非常深遠，影響力可達數億年。人類回眸這些變遷時，會被自然界的鬼斧神工、巧奪天工所驚嘆不已。

責任編輯蒲暉