解读地球历史的六个关键词

作者: 魏俊霞

来源: 《科学世界》

发布日期: 2015-12-04 17:04:38

本文通过六个关键词——大陆漂移、地幔运动、生物大灭绝、全球冰冻、氧气剧增和生命系统树,解读了地球长达46亿年的历史,揭示了地球环境的剧烈变化和生物演化的重要节点。

长达46亿年的地球历史,我们该如何理解?不用担心,以下六个关键词将带你穿越回遥远的过去,一起回顾地球波澜壮阔的岁月。

大陆漂移哺乳动物历史跌宕起伏的助推器。这时,盘古超大陆分裂为劳亚大陆、非洲大陆和南美大陆。最先分裂出来的劳亚大陆再次分裂。真兽类动物开始在各大陆独自演化。劳亚大陆上出现了北方兽类,南美大陆上出现了异关节类,非洲大陆上则出现了非洲兽类。

这时的南美大陆与南极大陆可由浅海连通,有袋类动物来到南极,并一路走向澳大利亚。可是,为什么真兽类动物没有来到南极呢?科学家尚不清楚其中的原因。这时,恐龙统治着整个地球,真兽类动物还只是形似老鼠的小型动物。

盘古超大陆分裂(约1.2亿年前)

澳大利亚和印度大陆快速向北方进发,印度大陆已经撞上欧亚大陆,北半球的陆地大多拼合在一起,形成了现今的北美大陆和欧亚大陆。这时,欧亚大陆与非洲大陆发生碰撞,使得北方兽类与非洲兽类相遇。

欧亚大陆与非洲大陆碰撞(约2000万年前)

北美大陆与南美大陆的碰撞为北方兽类与异关节类及有袋类动物的相遇创造了机会。北方兽类生活在北美大陆。异关节类和有袋类动物生活在南美大陆,但随着“外来移民”北方兽类的入侵而几乎灭绝了。

随着地球越来越冷,南极大陆被厚厚的冰层覆盖得严严实实,生活在这里的有袋类动物因严寒而灭绝了。然而,在与南极大陆分离、已经漂移到中低纬度地区的澳大利亚,有袋类动物却幸运地存活了下来。

北美大陆与南美大陆碰撞(约30万年前)

大陆的分裂和碰撞与物种的多样化有着密切的关系。化石就是大陆漂移最好的证据。例如,舌羊齿是一种已经灭绝的裸子植物,其化石广泛分布在南美大陆、非洲大陆、南极大陆和澳大利亚等地。这意味着,上述大陆以前曾经形成了一个泛大陆——盘古超大陆。

地幔运动

地幔对流导致大陆漂移。地球内部的地幔对流是大陆分离、运动、碰撞的原动力。地幔位于地壳下方,厚度约2900公里。虽然地幔主要由致密的固体岩石构成,但是却能够极其缓慢地运动。地球深处的炽热岩石变轻,缓慢上升,冷却后的岩石变重,继而缓慢沉降,这一过程称为地幔对流。

我们脚下的陆地是“漂浮”在炽热地幔上的大陆板块,并随着地幔对流在地球表面缓慢漂移。想象一下,漂浮在热锅中的一块薄板随着热水的沸腾而不断晃荡的情景,大陆板块也在地球表面不断移动。

生物大灭绝

生物大灭绝与新物种爆发的多次轮回。在漫长的地球历史上,至少发生过5次生物大灭绝,分别是:发生在6600万年前白垩纪末期,发生在2.52亿年前二叠纪末期,发生在2.01亿年前的三叠纪末期,发生在3.7亿年前的泥盆纪晚期,发生在4.43亿年前的奥陶纪末期。在这些年代上下地层中发现了截然不同的生物化石。

如果没有6600万年前的生物大灭绝,哺乳动物就不可能有今天的繁盛。正是由于称霸地球的恐龙突然灭绝了,哺乳动物才有机

全球冰冻

为什么地球被厚厚的冰层覆盖了?可以说,全球冰冻(又称雪球地球)是地球46亿年历史中环境变化最剧烈的事件。在万里冰封的地球上,除了火山以外,到处都覆盖着厚厚的冰层,大气中的二氧化碳含量非常低。而且,大部分阳光都被皑皑冰雪反射回去,无法让地表升温。

冰期结束后,冰雪消融的地球开始快速升温,气温甚至能够高达50℃。大规模的火山活动喷发出大量的二氧化碳,大气中的二氧化碳含量甚至可达如今的350倍,强烈的温室效应导致地球迅速升温。可以说,二氧化碳是把地球从冰冻世界里解救出来的“大救星”。

氧气剧增

地球曾经是一个没有氧气的行星。在27亿年前,地球上几乎没有氧气。在25亿~26亿年前,大气中的氧气含量开始增多。与此同时,蓝藻正在茫茫大海中繁忙地进行光合作用。同时,氧气与海洋中的铁发生化学反应,形成条带状含铁建造(banded iron formation,BIF)沉积。

也有一些学者认为,是地幔对流的变化导致了大气中氧气含量的增多。地幔对流的变化扩大了适合蓝藻生存的浅海,同时减少了能与氧气发生化学反应的物质,结果蓝藻所释放的氧气量增多而消耗减少,于是增加了大气中的氧气。

生命系统树

对生物系统树追根溯源,寻找共同祖先。如果在现存的生物中,有些生物身上能够较好地保留祖先的形态,我们就可以通过这些生物来了解祖先。生物系统树能够帮助我们实现这一心愿。系统树用来表示物种之间的演化关系,它根据各类生物间亲缘关系的远近,把它们分门别类地安置在有分枝的树状图上,这也是生物的“族谱”。

除了通过比较骨骼等形态特征来制作系统树之外,还可以通过比较记录生物遗传信息的DNA来制作系统树。这是因为关系越“亲密”的物种,其DNA记录的“字符”序列便越相似。单细胞生物的系统树可以通过比较DNA序列来制作。DNA序列越靠近系统树根部的生物,与共同祖先的亲缘关系越近,身上保留共同祖先的痕迹的可能性就越大,可以用以推测共同祖先是什么样子的。

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