八面楚风 / 世界天文地理 / 极简地球史

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极简地球史

2018-08-25  八面楚风


作者:Zenith

来源:“环球地理志”(ID:Earth-Sci




老子《道德经》

道生一,一生二

二生三,三生万物

诠释了万物生长演化过程

注释:宇宙生成论在2700多年前的《老子》中已有出现“有物混成,先天地生。寂兮寥兮!独立不改,周行不殆,可以为天下母。”


而地球生成演化亦是如此


46亿年前

银河系某个角落

发生了超新星爆炸


震波在星际云中传播

由于万有引力的作用


星际云中心

形成原始太阳


星际云外围

形成八大行星和卫星


注释:星际云中气体凝聚形成的各类凝聚物(小尘粒和小冰粒)先降到星云盘的赤道面附近,形成薄的“尘层”,当“尘层”的密度足够大时,出现了引力的不稳定,尘层便瓦解成许多粒子团,粒子团聚集成星子,星子再聚集成行星。当太阳收缩并被加热,核聚变开始,而因此形成的太阳风则清空了在圆碟内大部分没有收缩并组成较大个体的物质,只剩下少量的元素。之后,较重的元素聚集于太阳附近,形成了体积小,密度高的星体(类地行星);较轻的元素则聚集于离太阳较远的地方,形成了体积大,密度低的星体(类木行星),而地球则是距离太阳第三近的行星。


地球

开启了神奇的星际之旅

迄今走过46亿年



先后经历数次气候冷热交替

5次生物大灭绝


注释:许多学者认为大灭绝事件的发生具有周期性,大约是每2600万至3000万年之间,或者大约每6200万年就有一些波动变化。对于此种周期性有许多不同的解释,例如太阳可能存在着一颗未知的伴星(涅墨西斯星),太阳系在垂直银河系盘面方向的震荡运行,或者穿越银河系的旋臂。


陆地

开启超大陆旋回

从“板块裂解”

东非大裂谷


至“海洋形成”

红海

到“大洋盆地”

大西洋


开启“板块汇聚”

地中海


最终“碰撞造山”

喜马拉雅山脉


生命

经历了百度高温

遭受了全球冰封

一直坚持了40多亿年

孕育出现今多彩世界

 ▼


注释:有关地球起源的学说有40余种,可以分为两类:星云说和灾变说。星云说(共同形成说/一元论):太阳系是从一团弥漫星云物质在万有引力作用下逐渐聚集形成的(20多种)。灾变说(二元论):起源归于某种灾变事件,如:巨大物体(如彗星)经过太阳,拉出一些物质形成行星(彗星为气体,质量很小,可能性小)。


地球

形成之初

那是一番地狱模样

“陨石雨”轰击地球


没有海洋

没有生命

没有氧气

只是一个大火球

岩浆覆盖、苍苍凉凉



45亿年前

“新月初生”

一颗火星大小的行星

撞击地球、形成月球

 ▼


大撞击之后

地球自转轴倾斜了23.5

进而导致地球出现四季


地球自转较快

每年有1434

每天时长仅有7小时

注释:地球自月球诞生之后,月球稳定了地球自转轴,由于潮汐摩擦力的作用,地球转动慢慢降了下来,地球每年的天数慢慢降低,每天时长慢慢变长了。


火山持续喷发


地表是一片岩浆


岩浆冷凝结晶

含水矿物中的水分

开始慢慢析出

欧泊宝石蛋白石)

注释:水的起源还有争议,有几种假说1水是从地球岩石矿物晶格中晶格水分离出来的;2捕捉太阳系星云中的水;3含水(冰)陨石或彗星。蛋白石是天然的硬化的二氧化硅胶凝体,含5-10%的水分。


 40-44亿年前

原始地壳开始形成

原始大气层开始出现

HHe气体组成

氧气还要等十多亿年后出现

注释:月球上已发现年龄约为41-42亿年前的斜长岩质月壳,厚度约60km(欧阳自远,1988)。虽然地球原始壳由于后期的演化已不保存,但地球的质量比月球大得多,因而地球有比月球大得多的吸积能和放射能,目前推测地球经历了相同的演化阶段,原始地壳厚度可能厚达270公里。


42亿年前

“雨一直下”

地球开始冷却

大气层温度下降

水蒸气凝结开始下雨


大雨持续上百万年

于是在凹地形成原始海洋


与此同时

地球磁场生成

为地球生命诞生开启保护伞

注释:地球磁场一直以来都是生命守护者,抵挡着强劲的太阳风和从太阳滚滚而来的带电粒子流,否则地球大气和水分恐怕都会逸散无踪。之前认为地球磁场形成于35亿年前,最新研究认为,地磁场形成时间至少在42亿年前。


40亿年前

生命诞生

最早的生命

是有机生物大分子

如蛋白质和核酸等


由于资源有限

生命深谙

物竞天择、适者生存

由简单到复杂

由低级到高级

由卵生到胎生

由自我繁殖到双性生殖

开启神奇的进化之旅

地球因为生命的加入

给宇宙演化带来独有的进程

◤地球历史年代简图

注释:地球最早的生命出现时间还有争议。目前地球最早的生物化石发现于38亿年前的燧石中。有学者基于锆石晶体中发现了石墨等,认为地球上最早在41亿年前开始出现生命迹象。亦有学者在加拿大魁北克发现42.8亿年前的微体化石,认定可能是地球上最古老的生命证据


38-41亿年前

“行星大轰炸”

宇宙行星和彗星

轮番轰击地球和月球


地球火山遍布

岩浆四处溢流


月球形成较大的陨坑

◤国际空间站经过月球环形坑@NASA

注释:科学家将38亿-46亿年前的地球时代定义为冥古宙(Hadean),这是一段非常极端的时期,大量小行星和彗星轰击着地球。


38亿年前

“共同祖先”诞生

(Last universal ancestor)

地球开始形成稳定的陆块

注释:瓦巴拉大陆(Vaalbara)是一个理论上曾经存在的超大陆,自38亿年前开始形成,31亿年前成形,28亿年前分裂。该超大陆的名称“Vaalbara”来自南非的卡普瓦克拉通(Kaapvaal craton)和西澳大利亚的皮尔巴拉克拉通(Pilbara craton)。瓦巴拉大陆形成期间这两个克拉通是相连的。


海洋中的水是沸腾的

原始生命深知适者生存

开始出现极端嗜热细菌

球状和杆状单细胞生物

形成所有生命的共同祖先

注释:“共同祖先”由进化论推导出来的假设,指地球生物最原始的共同祖先,是地球上所有生命的共同起源。学者一般相信,最后共同祖先在古太古代出现,距今38亿年。最后共同祖先分化出球状和杆状细菌,演化成各种生命。球状和杆状细菌化石发现于南非东部Barberton镇的无花果组的燧石中,燧石距今约38亿年. 值得注意是“共同祖先”不能等同于最早的生命。


35亿年前

生命开启“光合作用”

蓝藻摄取二氧化碳

开始产生少量氧气

◤波罗的海蓝藻菌爆发@Daily overview


由于整个地球处于还原环境

此时氧气并不能进入大气

而是与海洋中铁离子结合

生成氧化铁、形成铁矿石

这一过程持续了10亿年

形成的铁矿石造福于现代工业

◤澳大利亚鲸背山铁矿@Daily Overview

◤铁矿层@wikipedia

注释:原始海洋中都是2价铁离子,在氧气中开始氧化为3价铁离子,生成氧化铁,进而形成铁矿石。


与此同时

硫细菌吸收太阳光谱中黄绿光

个体表现为紫红色

将大海渲染成紫色汪洋

 ◤西班牙托雷维耶哈


30亿年前

地球大概是这样的

 ◤乌尔超级大陆想象图


 25亿年前

大气层出现“氧气”

此时地球每年714

每天时长约12小时

地球大气层密度极大

充满二氧化碳和甲烷

太阳亮度被大气层削弱

地表一片昏黄

气温高达数百度

@wikipedia


大气层开始出现氧气

习惯缺氧环境下的生命

此时氧气有毒的

一些“聪明”的细胞

为了摆脱氧气毒害

开始“钻”到其他细胞内


这些“复合细胞”

开始漫漫适应有氧环境

把氧气加入新陈代谢过程

渐渐地改变生命的进程

注释:科学家将25亿-38亿年前的地球时代定义为太古宙(Archean)。这一时期地壳薄、岩浆活动频繁而强烈,大气圈与水圈均缺少氧气。而氧气的产生极大改变生命演化进程。从某种程度上来说,适应氧气对生物而言是有利的,有氧反应比无氧反应能产生更大的能量。


21亿-24亿年前

“大氧化事件”

地球发生大氧化事件

大气中游离氧突然增加

温室气体甲烷被大量消耗

地球温度开始慢慢降低

开始出现第一次大冰期

史称休伦冰河时期

◤地球冰封想象图@wikipedia

注释:由于主要冰盖证据在休伦湖北岸被发现而命名。这可能是地球上最严重最漫长的寒冷期。


18亿年前

“超级大陆”形成

地表只一个大陆存在

哥伦比亚大陆

一直持续了5亿年

13亿年前左右

解体为一系列陆块

◤哥伦比亚超大陆复原图

注释:哥伦比亚超大陆预测从北到南跨越12900公里,从东到西最宽处4800公里。今日印度东岸与北美洲西岸相连,而澳洲大陆南部与今日加拿大西部相连。南美洲因为旋转的关系,今日巴西的西缘和北美洲东部排在一起,形成了延伸至今日斯堪地纳维亚的大陆边缘

 

16亿年前

“真核生物”

那些“复合细胞”

经过数年的演化

终于适应了有氧环境

进化为带有细胞核的真核细胞

地球出现更复杂的生命

真核生物开始诞生

注释:有学者认为包括有细胞核的真核生物最早出现在21亿年前。


12亿年前

“有性生殖”

早期生命繁殖依靠细胞分裂


一分为二产生新的生命个体


这个时候

生命开始出现“他”和“她”


引发生命向更高级的方向演化


生命一直生活在海洋和湖泊中


 11.5亿年前

地球板块一直漂移

再次拼接为一体

“罗吉尼亚大陆”形成

7亿年前左右

再次解体为一系列板块

@wikipedia


9亿年前

地球的自转及公转

因潮汐力逐渐变慢

每年共有481天、每天18小时


6.3-8.5亿年前

第二次大冰期

海洋全部被冻结

整个地球被冰雪包裹

发生雪球地球事件

史称“震旦纪大冰期”

◤雪球地球模型@NASA


7.5-8亿年前

“淮南动物群”

随着生存环境的变迁

单细胞生物意识到自己太单薄

不能很好适应当时的生存环境

一部分“强壮的”单细胞生物

开始发展为多细胞生物

◤多细胞生物立体图@wikipedia


形成地球早期的后生动物

爆发为“淮南动物群”

早期的后生动物是裸体的

生物普遍没有硬壳

 

◤ 淮南虫遗迹化石

注释:安徽淮南发现的一批动物化石,是最早的无壳后生动物的软体印模及其活动遗迹化石。其特征是动物体没有硬壳,蠕形动物、带藻和疑源类,化石是以软躯体的印模和活动遗迹保存起来的。

原生动物:是最原始、最简单、最低等的动物。它们的主要特征是身体由单个细胞构成的,因此也称为单细胞动物,具有维持生命和延续后代所必需的一切功能,如行动、营养、呼吸、排泄和生殖等。每个原生动物都是一个完整的有机体。

后生动物:是除原生动物外所有其他动物的总称(后生动物亚界)。动物界除原生动物门以外的所有多细胞动物门类的总称


6-6.8亿年前

“埃迪卡拉物群”


随着生存环境向好

多细胞生物爆发巨大生命力

演化为软体的无脊椎动物

◤埃迪卡拉动物群想象图


生活方式多种多样

“埃迪卡拉物群”诞生了

◤代表生物之一狄更逊水母化石

◤埃迪卡拉动物群复原图@252MYA

注释:埃迪卡拉动物群化石产于澳大利亚南部埃迪卡拉山前寒武纪末期的地层中,共计82231种,包括腔肠动物、环节动物、节肢动物等。其特点是动物体增大,门类增多,结构变得复杂,生活方式多种多样。而且,该动物群化石在世界各地广泛分布,表明当时该动物群是海洋中的真正统治者


6亿年前

臭氧层诞生

大气出现足够多的氧气后

臭氧才得以大量聚集

臭氧含量约为现在的90%

地球的保护伞臭氧层开始形成

直到4亿年前

臭氧含量达到现在的水平

臭氧层的出现为生命登陆

带来一层厚厚的保护伞

◤37年来南极臭氧层监测变化@NASA

注释:科学家将5.4亿-25亿前的地球时代定义为元古宙(Proterozoic),又被称为“菌藻时代”。这一时期地球存在的生物就是蓝藻和细菌,同时出现大规模造山运动,原核生物开始向真核生物进化。


5.4亿年前

“澄江动物群”


原始生命

再次展示地球霸主的威力

不同物种

展开了新一轮“军备竞赛”

三叶虫为了更好地捕食

率先“装备”属于自己的眼睛


而其猎物亦感觉到威胁加剧

纷纷进化出属于自己的眼睛

终于在剧烈竞争的压力下

繁衍出门类众多的子孙后代

产生了现今大部分动物的门类


寒武纪生物大爆发

开启了生命演化的新纪元


这时海洋里生活着

节肢动物的代表

三叶虫


两米长的捕食者

奇虾


最古老的脊椎动物

丰娇昆明鱼

 ◤昆明鱼复原图@spinops

注释:“澄江动物群”以多门类动物软驱体化石的特殊保存为特征,是一个举世罕见的化石宝库。我国云南澄江帽天山所在的海洋里生活着澄江生物群,包括植物界的藻类,无脊椎动物中的海绵动物类、开腔骨类、腔肠动物类、栉水母类、叶足类、纤毛环虫类、水母状生物、节肢动物、云南虫等。


与此同时

月球距地球36万公里

潮汐现象频繁且剧烈

类似于超级海啸

注释:现今月球距离地球38.4万公里,月球的运动也在渐渐放缓,目前正以每年3.8厘米的速度远离地球。


4.4亿年前

第一次生物大灭绝

大片陆地位于南半球及极地

地表分布大量冰川

全球气温迅速变冷

海平面迅速下降

沿海生态系统被破坏

生命遇到了第一次大挫折

导致大约85%的物种绝灭

史称“奥陶纪-志留纪大灭绝”

◤三叶虫化石

◤牙形石复原图@spinops


鱼类躲过一劫

迅速发展壮大

注释:当时消灭了很多腕足动物门、牙形石及严重减少了三叶虫的物种数目。生物大灭绝的次数是根据生命演化的化石遗迹进行推算的,严格来说奥陶纪-志留纪大灭绝不是第一次灭绝事件,但是第一次具有重要影响的物种集群灭绝事件。 


4.2亿年前

植物登陆

大灭绝之后

地球环境逐渐向好

生命在水中繁殖出各种门类

水中生活越来越拥挤

部分植物也过腻了水中生活

开始悄悄走向陆地


通过2000万年的扩张

终于在4亿年前出现森林

茁壮成长在每天22小时的日子

 ◤牙形石复原图@Earth Pics


4亿年前

动物登陆

随着植物率先登陆

大地生机盎然、一片苍翠

陆地展示出巨大的诱惑

动物们终于耐不住水中的寂寞

节肢动物开启陆地探险之旅

 节肢动物广翅鲎复原图

 鱼类开始向两栖动物进化


3.6-3.85亿年前

第二次生物大灭绝

由于地表大片森林覆盖

大量消耗二氧化碳气体

导致地球气温骤降

海洋极度缺氧

海洋生物遭到重创

导致大约70%的海洋物种绝灭

亦称“泥盆纪大灭绝”

◤现代珊瑚

注释:该次灭绝事件似乎仅影响到海洋生物,其中遭受重创的种类包含腕足动物、三叶虫与造礁生物。造礁生物实际上几近消失,要等到现代珊瑚虫在中生代的演化后,珊瑚礁才重新大量出现


3.1亿年前

地球诞生了爬行动物“林蜥”

身长约2030公分

生活在沼泽森林中


同时排出带有硬壳的蛋

硬壳蛋的出现

爬行动物进一步向内陆探险


2.9亿-3.6亿年前

这是蕨类植物的时代

石松纲植物高达40

植物遗体掩埋变质

经过沉积压实和固结

在全球范围形成煤炭

地质年代故名“石炭纪”

 ▼

◤德国汉巴赫煤矿@ Bernhard Lang


2.5亿年前

第三次生物大灭绝

地球发生超级火山事件

四川峨眉山和俄罗斯西伯利亚

超级火山喷溢出大量岩浆


火山喷发持续100万年

如峨眉山的玄武岩

覆盖33万平方公里

厚度可达1000-2000

火山喷发产生大量二氧化碳


诱发温度上升和海洋酸化

地球极度干燥和炎热

导致超过90%的物种灭绝

是已知最大的生物灭绝事件

又称为“二叠纪-三叠纪大灭绝”

此后生命经历2000万年的恢复期

◤印度尼西亚棘皮动物海百合化石

注释:海生无脊椎动物的灭绝程度最大,陆地昆虫发生大规模灭绝事件,三叶虫在这次生物大灭绝中消失。


与此同时

恐龙的祖先祖龙诞生

◤祖龙形类引鳄科格尔赞鳄


2.3亿年前

祖龙分化为鳄鱼、恐龙及翼龙目

最古老的恐龙始盗龙出现了

◤始盗龙一家三口(左至右父、母、子)@Imgur


恐龙开始统治地球


它们漫步于河边

◤隐面龙目睹似鄂龙叼起帝鄂-白垩纪期@Julius Csotonyi


穿梭于丛林

◤厚头龙与乌龟@Julius Csotonyi


行走在海滩

◤两只血南龙探视角鳞鲨@Julius Csotonyi


畅游于大海

◤蛇颈龙正在觅食@Julius Csotonyi


甚至同类相食

◤犹他盗龙捕食马龙@Julius Csotonyi


2.08亿年前

第四次生物大灭绝

板块运动加剧

中大西洋开始打开

大规模的火山爆发了

◤哥斯达黎加图里亚尔瓦火山喷发


形成700万平方公里的玄武岩

全球升温和大洋酸化

诱发了这次生物大灭绝事件

史称“三叠纪-侏罗纪灭绝事件”

注释:这次灭绝事件的影响程度遍及陆地与海洋。在海洋生物中,有20%的科消失,包含著名的牙形石;许多大型镶嵌踝类主龙、大部分兽孔目、以及许多大型两栖动物也灭亡。三叠纪-侏罗纪灭绝事件使当时至少76%的物种消失。


1.55亿年前

“始祖鸟”

恐龙统治地球

不同种类的恐龙

展开残酷的弱肉强食竞争

一部分弱小的翼龙

开始仰望天空

思考它这一生

出于对天空的向往

长出了羽毛状翅膀

终身一跃

地球诞生能飞行的始祖鸟


1.3亿年前

地球板块运动持续加剧

南美洲和非洲开始分离


大规模的火山

沿着中间裂谷开始喷发

裂谷进一步加剧

形成南大西洋

与此同时

地球终于开出了第一朵花

被子植物开始出现

注释:开花的植物称为被子植物。


6500万年前

第五次生物大灭绝

一颗直径10公里的陨石

撞击墨西哥尤卡坦半岛


释放了巨大的能量

相当于100万亿吨黄色炸药

大量高热灰尘进入大气层

造成全球性的火风暴

引发了大规模海啸事件

地表形成了希克苏鲁伯陨石坑

造成了昔日霸主恐龙灭绝 


与此同时

印度板块开始向北漂移

冈底斯板块初始碰撞

青藏高原开始隆起


印度板块的德干高原

发生大规模火山喷发


释放大量含硫气体

进一步加快大灭绝事件 

6300万年前

地球诞生胎生哺乳动物

由于没有恐龙的威胁

哺乳动物开始多样性

体型迅速增长

5600万年前

“极热事件”

海洋温度上升

海底可燃冰释放大量甲烷

导致地表进一步升温

地球两极普遍高于20

对冷血类爬行动物极为有利

诞生了重达一吨的泰坦巨蟒


5000万年前

巨人之路


爱尔兰和苏格兰开始分离

火山熔岩溢流

形成规模巨大柱状玄武岩


与此同时

始祖马开始出现


4300万年前

始祖象“踏入”地球

@deviatart

注释:始祖象与象科有亲缘关系,生活于始新世。始祖象是种类似猪与貘的生物,体型比现代象小很多,肩高只有约70公分,身长约3米。一般认为始祖象生活在沼泽与河畔,占据的生态位现在是由河马所取代,牙齿化石显示它们是以柔软的水生植物为主食。


3100万年前

由于超级地幔柱的作用

非洲大裂谷开始裂开

造就地表最壮观的裂谷带


1500万年前

地球开始形成现今格局

南极大部分被冰雪覆盖

中国形成现今的地貌格局

喜马拉雅山脉君临天下

太行山俯瞰华北平原


 1400万年前

猩猩属从人猿总科分化出来

猩猩属与猴子最大不同

就是没有尾巴

能用手或脚拿东西

与人类基因相似度达96.4%。

平均寿命40

平均身高170-180厘米

◤从共同祖先到人类@NTamura


1000万年前

气候开始变得干燥

大草原及草原代替了森林

人族和黑猩猩亚族

从猩猩属的祖先中分化出来。

700万年前

人类祖先从黑猩猩亚族中分离

逐渐进化为人类

非洲乍得沙赫人诞生

人类开始接掌地球

 ▼


500万年前

由于海平面上升

海水从北部入侵

死海地区葬身海底

直至100万年前

海平面下降

死海开始变成一个湖泊

1.5万年前

开始分为南、北两个部分

 ▼ 

◤死海卫星影像@NASA


1-7万年前

地球末次冰期来临


人类从非洲迁徙至世界各地

 ▼


2.5万年前

由于地球仍处于冰期

台湾海峡是一片陆地

英吉利海峡还是一条河流

◤玻利维亚北部的贝尼河@NASA


5000年前

撒哈拉沙漠还是一片草原

气候变化导致沙漠形成

 


地球

宇宙的奇迹

生命的摇篮

人类的家园

遨游太空46亿年

38万公里遥望

◤地生@NASA,2015/10/12


160万公里遥望

◤地球和月球背面@NASA,2015/07/16


500万公里遥望

◤OSIRIS卫星拍摄地球和月球@NASA



主要参考文献:

1. Wikipedia. History of Earth.

2. 地史学简明教程.



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