地球传奇：穿越45亿年的奇妙旅程

快速了解地球45亿年的历史，洞察人类未来的命运

地球传奇：穿越45亿年的奇妙旅程

张唯诚　著

人民邮电出版社

北京

图书在版编目（CIP）数据

地球传奇：穿越45亿年的奇妙旅程/张唯诚著.--北京：人民邮电出版社，2020.7

ISBN　978-7-115-53176-6

Ⅰ.①地…　Ⅱ.①张…　Ⅲ.①地球—普及读物　Ⅳ.①P183-49

中国版本图书馆CIP数据核字（2019）第291559号

定价：68.00元

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内容提要

地球，一个对我们来说既神秘又熟悉的星球。从一颗普通的行星到如今人类的家园，它是怎样形成的呢？让我们一起跟随作者踏上一段探索地球奥秘的时光之旅。

本书采用章回体的形式，讲述了地球及地球上生命的发展、演化历程，人类对地球的探索，文明的兴衰，环境与人类的关系，科技的发展进步等，并对地球及人类未来的命运进行了合理的推测和演绎，告诉人们应珍爱地球环境，关爱生命，共同建设好我们共同的家园。本书语言轻松明快，表述深入浅出，读起来趣味盎然。

本书适合青少年及其他对自然感兴趣的读者阅读。

前言　行星世界中的“蓝色大理石”

历史上发生的很多事件都在塑造着地球：来自太空的岩石撞击地球，熔化地表；大陆发生漂移，形成新的海陆格局；火山爆发影响地球大气层的状态，导致气温时高时低；生命出现了，它们在演化中改变着地球。

所有这些事件都像一种来自大自然的“书写”，在岩石中留下了一些“文字”，于是岩层就变得像一本厚厚的史书。史书中的“文字”包括地质学上的改变，也包括植物、动物和其他生物形成的化石。这些化石告诉人们，某一地质时期地球上的气候是怎样的，有些怎样的生物，它们的生活是怎样的，后来又发生了怎样的改变，而地质学家、动植物学家、古生物学家就是这些“文字”的阅读者，他们设法“阅读”这本大自然留下的史书，试图知道发生在遥远过去的一些事情。

然而这本史书是不完整的，不断有破损和残缺，只有一部分“页面”保留了下来，而另外一些则在侵蚀、地壳的板块运动和造山运动中损坏了。

但科学家们还是大致读懂了这本残缺的史书，这本书的时间跨度大致为46亿年，人们称之为“地质时代”。地质时代被一层层地分为更小的时间单位，分别为宙、代、纪、世、期、时，它们像这本书中的很多章节，记录了地球传奇的过去。

1972年，“阿波罗17号”上的宇航员拍摄了一张非常完美的地球照，它使我们得以从45000千米之外打量我们自己的家园：这是一颗蓝色的带有透明感的行星，片片白云如同大理石上优美的纹理，于是人们就把这张照片中的地球称为“蓝色大理石”。

今天，地质学、地球科学、古生物学和天文学的很多研究都在揭示这块“蓝色大理石”的奥秘。在很多方面，现在人们对它的认识已和过去大不一样了。人们发现，它可能比我们过去认为的更脆弱，更容易受到伤害，也可能比我们过去认为的经历了更多奇奇怪怪的事。

本书是一系列图书的第三本，此前的两本《镜收眼底：天文望远镜中的星空》和《出发吧，太空探测器》分别呈现了宇宙和太阳系全新的景观，也介绍了人类探索宇宙和太阳系的精彩历程。本书作为这套书的“新成员”，试图讲述地球的发展和演化，让读者做一次粗略的远眺，向后看，地球经历了怎样的岁月，生命留下了怎样的足迹？向前望，人类面临着怎样的难题，未来的世界会是怎样？

需要说明的是，本书关于未来部分的内容是建立在预测之上，希望读者理解这一点。尽管如此，这些内容也并非毫无根据，它很可能就是“尚未发生的历史”，其中包括一些我们极不愿意看到的不幸和灾变。但愿本书具有一定的警示作用，希望人们及时警觉，将危机消弭于未然。

本书一头连着过去，一头连着未来，让我们一起踏上穿越几十亿年历史的时光之旅，去思考亘古难解的命运之谜……

第一回　寰球出世乾坤初定，冰轮升起玉宇清澄

诗曰：

浩瀚天宇一点蓝，众星相伴气不凡。

寥廓碧天悬金轮，澄澈青夜挂玉盘。

浩渺烟波江与海，无垠莽原岳与山。

但见日月升又落，留得地层话沧桑。

话说45亿年前，在一颗名为太阳的新生恒星周围出现了几颗大小不一的行星，它们像兄弟姐妹一样围绕着太阳缓缓地运行。其中的一颗运行平稳，貌不惊人，但在许多年间渐渐养得了一种不凡的气派，有了水和适宜的大气，成了一颗蔚蓝色的行星——地球。

地球运行在从太阳向外数的第三条轨道上（图1.1），在它的前面，靠近太阳的方向有水星和金星，在它的后面，远离太阳的方向有火星、木星、土星、天王星和海王星。

就像人们对自己的幼年生活往往印象朦胧，记忆模糊一样，人们对地球“幼年”的了解也处在一片疑云之中。人们只知道，它诞生于一片环绕着太阳的由尘埃和气体组成的分子云中，而且占据了一个不错的位置，这使它得以从太阳那里获得恰到好处的光和热。与它的“兄弟姐妹”——另外几颗大行星相比，地球一开始就为生命的出现做好了相当的准备，它从那片分子云里获取了比例绝佳的各类生命元素，包括碳、氢、氮、氧、磷和硫等。究竟它是怎样做到的，人们知之甚少。

接下来又发生了什么？人们同样几乎一无所知，因为当年的任何痕迹都已经不复存在了。在漫长的岁月里，地球上的岩石已被挤压、熔融和风化了不知多少次，一切可供人们了解真相的线索都已被时光冲刷得一干二净。但希望并非没有，它就存在于我们头顶上的星空之中，那就是陨石。陨石和我们的地球都形成于当年的那片分子云中，又形成于大致相同的时间，而且它们没有经过熔融和风化，保存着原来的状态，所以人们也许能从陨石那里了解到有关我们地球母亲早年身世的一些零碎的片段。

另外一个令人备感兴趣的话题是水。地球是如何获得水的呢？一种可能是，直接从行星盘的分子云中获得了水。当这些物质通过凝聚形成地球时，水便封存在了新生的地球里；另一种可能是，在后来漫长的岁月中获得了水。有一段时间，一些来自外太阳系的含冰的彗星和小行星相继撞击了地球，它们有可能为地球带来了大量的水。不过这些都是推测，还没有确切的答案。也许未来的望远镜能为我们提供一些线索，那些望远镜更大更灵敏，能让人们观测到恒星周围的行星物质和它们在演变成行星的过程中发生了怎样的事情，这对人们了解地球早年的历史是极有帮助的。

除了比例绝佳的生命元素和水之外，地球还拥有一颗滚烫的“心”，那是一个炽热的核，由沉重的铁组成，它直接影响了地球的发展和演化。原来，地核启动了地球内外物质的运行，它很像一台性能卓越的发动机。这台发动机拥有大量导电的流体，由流动的铁水充当，它们在地心深处造成了向上涌动的热流，很像一锅在火炉上沸腾的汤。这“汤”的底部最为炽热且密度较低，于是那里的铁水便极力上升，待碰到上面的地幔后，它们又因丧失了一部分热量而转于下沉，这个自下而上传递热量的过程称为“热对流”。

但启动热对流并非易事，需要很多的热量，而人们对地球内部热活动的研究则显示，地核自身产生的热量并不足以驱动热对流运动，因为来自地核的铁水将很多热量传导给了地幔，这就好比将一锅汤的热量散发到了空气中后，这汤就很难烧开了。然而热对流非常重要，因为正是它驱动了“地球发动机”的运转，没有这种对流，也就没有“地球发动机”的存在。

那么地核是怎样获得如此多的热量的呢？有一种推测指向了碰撞，这是一种意外，地球应该并不喜欢这样的事情发生在自己的身上。它从诞生的那一刻起就想成为一颗真正的行星，然而意外发生了。大约在距今45.5亿年前，地球完成了形成一颗行星所需的65％的工作量，又过了2000万年，一个意想不到的事件干扰了它，一颗火星大小的天体突然撞上了它（图1.2），产生的大量碎片被抛到了环绕地球的轨道上，它们在碰撞和聚集中渐渐形成了地球的卫星——月亮。

那次碰撞产生了惊人的热量，地球被完全熔化了，它变得如此之热，乃至于像一颗小恒星似的在天空中闪耀了约1000年。有诗为证：

小小寰球不平凡，懵懂岁月遭碰撞。

万幸免得筋骨碎，邀得明月照青山。

那次碰撞对地球生命的出现至关重要，因为它不仅给地球带来了一个月亮，还给地球注入了大量的热量，地球因此拥有了一颗足以启动热对流的滚烫的“心”，“地球发动机”就此运转起来了！

有了热对流，这锅铁汤便在地球自转偏向力的作用下沿螺旋状的轨迹上下翻滚，这正好为地球带来了一个磁场（图1.3）。假若没有那次疯狂的碰撞，地核的热对流就不会发生，地球也不会拥有一个保护生命的磁场。如果那样，太阳辐射会毫不留情地剥离大气层并冲击地球的表面，地球不可避免地会遭遇现在火星和金星的命运。

不过那次碰撞也熔化了地球年轻的表层，抺去了此前所有的地质学记录，给地质学家们留下了一个研究有关地球早年身世的巨大空白。因此有关地球诞生后最初5亿年的“童年时光”，人们几乎一无所知。对我们人类而言，那段时间是神秘黑暗的遥远年代，地质学家们称之为“冥古宙”。

那次碰撞发生后，地球此前的“劳作”前功尽弃，它不得不重新塑造地壳，因为碰撞完全摧毁了它。蒸发了的硅被抛进大气中，它们在天空中凝结后变成熔岩雨落下来，熔化的岩石沉积成了一个熔岩海，并以每天一米的速度不断地增长。地球变成了一个炼狱，一片炽热的火海。

今天，我们在地壳中找到的岩石一般都不会超过36亿年，所以地质学家们对冥古宙的地球知之甚少。不过，一种存在于岩石中的晶体物质帮了他们的忙，它叫锆石，形成的时间可追溯到44亿年以前。这似乎表明，当时地球的大陆性地壳已经形成，还存在遇水冷却的低温岩浆，地球的温度可能比我们先前认为的更低，湿度也可能更大，环境没有先前人们认为的那样严酷。

科学家们在那些锆石中还发现了碳12的痕迹。碳12是碳的一种同位素，由6个质子、6个中子和6个电子构成。形成碳12最常见的方式是光合作用，因此碳12的发现意味着早在太古时代，生命就可能已经出现在地球上了。

要孕育生命，水是少不了的。水可能是在38亿年前形成的，但也有人把水的出现推进到了43亿年前。不过接下来的疑问又使他们对这个推测非常失望，水的存在需要一个固体的表面，那么在43亿年前，地壳究竟是怎样的呢？根据通常的看法，那时的地表布满岩浆，稳固的地壳并不存在。在这种环境下，水的出现很难解释。

要了解当时的地球环境，科学家们必须在岩石中寻找答案，也许月球和火星能为他们提供一些线索。因为月球是由那次碰撞产生的碎片组成的，火星也有可能因此获得了一些陨石，所以人们非常希望能从它们那里得到保存完好的古老岩石，不过这需要进行一些太空探险，还需要一些运气。这正是：

地球早年不寻常，屡遇困厄与艰难。

大火炙烤地壳生，多少奥秘石中藏。