地球大歷史/柯智懷：修訂版本之間的差異

2018年11月15日 (四) 16:04的修訂版本

大型隕石撞擊

發現

• 地球形成早期，地球軌道上隕石的量比現在要多出許多。地球曾數次被直徑數百公里的巨大隕石撞擊。
• 大型隕石的撞擊可以融化地表，蒸發海洋，噴射地殼飛離地表。
• 相當基礎的原核生物這個時期已經發展出來了。

問題

• 在那之前發展出來的基礎生命與現在的生命有沒有直接關聯？
• 還是說那之前發展出來的生命已經遭遇了隕石浩劫而滅絕，現在的是另外一批重新發展出來的？
  • 如果有直接關聯的話，生命能不能活過這樣的浩劫？
  • 考慮三個基本問題：
    1. 哪裡可以成為生命的避難所？
    2. 生命能夠來到這個避難所嗎？
    3. 生命能躲在這個避難所裡直到災難過去嗎？

回答

1. 地表和地幔之間，有一個溫度低於蛋白質分解溫度50度的安全區，深達地下三千公尺，在那裏地幔的熱能不會造成太大的影響。當隕石撞擊時，熱能只能傳達一千公尺深，然後就停了下來。如果生物能來到兩三千公尺的地下深處，這裡就能成為生命的避難所。
2. 地質學家在從深兩三千公尺的礦坑帶回岩石、礦物樣本以後，在其中發現了生命的證據，許多種類在地表上未有發現，故生命可達如此深度的假設，有證據支持。
3. 生物學家對古鹽礦石中密封數百萬年的微生物進行培養實驗，發現供給營養一個月後，微生物復活並重新繁衍。像這樣的微生物可能得以躲藏在避難所中極長的時間，重回地表而存續下去。

雪球地球

發現

• 散落地球各地的「迷路石」是被冰河流動影響而出現在成份相異地表處的岩石。通常是從附近的山上掉下來的。
• 熔岩凝固後，熔岩內磁性分子的指向就永久固定。從永久固定的方向可以導出熔岩凝固時所在的緯度。
• 依據磁性分子指向分析的結果，在某些迷路石樣本中找到熔岩凝固時的緯度接近赤道的例子，因而導出地球曾一度到赤道附近都有冰河覆蓋的理論。

時間軸

第一次冰封期

約在23億年前發生，20億年前結束。

1. 在藍綠藻出現之前，甲烷桿菌使用海底熱泉輸出的營養成份產生甲烷，為當時地球的主要溫室氣體。
2. 藍綠藻出現後，行光合作用，產生大量氧氣，氧氣再進一步與甲烷反應，導致甲烷轉變為二氧化碳。

   CH₄+O₂→CO₂+2H₂O

3. 由於甲烷的溫室作用比二氧化碳強22倍以上，甲烷被二氧化碳取代以後，地球的氣溫就急遽下降，開始冰封。
4. 冰封時期火山還在繼續活動，而火山爆發釋出了大量的二氧化碳。
5. 因為海洋冰封了，所以原本應該像今天一樣溶入海水的二氧化碳只能堆積在空中。
6. 二氧化碳最終不斷堆積，約為今天的兩、三百倍，達到了過去甲烷能產生的溫室效果，使冰層融化，結束雪球地球。
7. 解除冰封後，綠藻等光合作用生物從熱泉返回全球海洋，使用空氣中大量的二氧化碳製造大量的氧氣，可形成胞器、粒線體，促成真核生物的出現。

第二次冰封期

約在7.5億年前發生，5.8億年前結束。

1. 岩石風化會消耗空氣中的二氧化碳，被冰層覆蓋的岩石不會被風化。

   CO₂+H₂O+CaCO₃→Ca(HCO₃)₂

2. 但羅迪尼亞超大陸收聚到赤道附近，幾乎沒有任何冰層覆蓋在大陸上，無法阻斷岩石的風化。
3. 消耗二氧化碳的速度超過了火山爆發補充的速度。長期累積導致地球再次冰封。
4. 因為海洋冰封了，所以原本應該像今天一樣溶入海水的二氧化碳只能堆積在空中；陸地也被冰封了，所以不會風化消耗二氧化碳。
5. 像前一次冰封期一樣結束。
6. 解除冰封後，大量的二氧化碳給予更多能讓光合作用生物產生氧氣的機會，大量的氧氣讓真核生物能夠巨大化，促成大型生物的產生，首先是艾迪卡拉生物群，然後是寒武紀大爆發。

泥盆紀大滅絕與動物登陸

發現

1. 第二次冰封期結束允許臭氧層形成後，地面不再受太陽輻射直接侵襲，植物開始登陸。其中古羊齒蕨於泥盆紀登陸，為最早的陸生樹木。
2. 受到板塊運動的影響，當時的古勞倫大陸、波羅地大陸與阿瓦隆尼亞三大陸塊逐漸合併形成超大陸，原本位於各大陸之間的巨神海不斷閉合，導致海洋生物的棲息地大幅減少，許多生物，特別是無法移動的珊瑚、海綿、海葵等，接二連三滅絕，剩餘生物之間的競爭也會變得激烈。
3. 泥盆紀末期，古生代具主導地位的海洋生物三葉蟲演化出許多棘刺等自衛形態，顯示海洋中的競爭確實愈發劇烈。

時間軸

河川生態系