现在地球45亿岁,那20亿年前的地球是什么样?
要了解“地球20亿年前的样子”,咱们得先科普一下,人类把地质年代,分为宙——代——纪——世——期;咱们现在处于显生宙——新生代——第四纪——全新世;而20亿年前的地球,位于元古宙——古元古代——造山纪。
造山纪开始于20亿5000年前,结束于18亿年前,而20亿年前刚好在这个时期。
造山纪的地理环境
造山纪,顾名思义,在这个时期发生了大规模的造山运动,我们知道,地球形成于45亿年前,在刚形成的时候,地球呈熔岩状,地球上的水都以水蒸气的形式徘徊在地球周围,由于地球引力的存在,水蒸气才没有飘向太空。
后来,地球逐渐冷却,水蒸气才凝结成雨滴,以雨的形式落在地面。早期地球并没有所谓的坑,和山脉、平原,而是只有一个大陆,也只有一个海洋。
但由于早期地球内部岩浆温度比今天高,因此火山和板块运动也比今天剧烈,在板块运动和火山喷发的作用下,造山纪时期发生了一轮全球造山运动和板块漂移,也形成了哥伦比亚超大陆。
但是注意的是,这次板块运动形成的地理位置并不是我们如今的地理位置,事实上,地球的板块运动从未停止过,直到今天都还在发生着,因此我们现在的海洋和大陆,并不是在造山纪时形成的。
有科学家研究,发现在地球的 历史 中,至少经历四次所有陆地聚合在一起,分别是距今18.5亿年前的哥伦比亚超大陆,11亿年前的罗迪尼亚超大陆,5亿年前的潘诺西亚大陆,以及我们熟悉的距今2亿年前的泛大陆。
由原核生物向真核生物演化
地球生命最早起源于40亿年前,由于当时地球还没有臭氧层,紫外线可以直接穿过地球大气,到达地球表面。因此,生命无法诞生于陆地和浅海。所以科学家把目光转移到了深海,后来也证明了生命起源于海底热泉口附近,而且早期的生命都是单细胞生物。
经过了20亿年的发展,地球生命依然保持着单细胞生命状态,不同的是早期的细胞没有以核膜为界的细胞核,只有拟核,体型也不大,平均直径大概只有1 10μm,因此被称为 原核生物 。
而真核生命虽然也是单细胞生物,但真核细胞平均直径3 30μm,在生物学中,由于“大鱼吃小鱼,小鱼吃虾米”的等级观念,因此真核生命相对于原核生命是更高级的生命状态。
由于这个时期还没有形成多细胞生物,因此地球生命最多的是单细胞藻类以及单细胞细菌。
细胞由原核生物走向真核生物,是生命的一次飞跃,而这次飞跃单细胞生命用了20亿年,之后单细胞生命演化成多细胞生命又用了大概10亿年。
早期生命的每一个小小的进步,所耗费的时间都是我们难以想象的长久。
大氧化事件
科学家发现,在23.3亿年前,地球经历过一次大氧化事件,由于单细胞藻类繁盛,造成地球上的游离氧增加,因此大气中的氧含量上升。
具体是这样的,科学家研究了已经变成化石的固醇,这是一种需要氧元素参与进来的有机化合物,通过研究发现,大氧化事件至少在23.3亿年前。
由于氧气的出现,导致一批厌氧细菌死亡,而适应氧气的细菌活了下来。
氧气的出现,还导致地球上生物发生氧化反应,最典型的是铁元素和氧元素的结合,形成了铁氧化物,并存在于地质岩中。
氧元素是极其活跃的元素,能和很多元素发生化学反应,因此这个时期的地质层出现氧气的痕迹,至今还能发现。
冰河时代
太阳辐射到地球的热量并不是稳定不变的,科学家发现,太阳目前虽然正处于主序星时期,但辐射的热量每10亿年增加10%左右,所以远古时期地球温度会比现在更冷一些。
而且,地球也会因为围绕太阳运动的原因而产生大冰期与间冰期,在距今27-23亿年前,地球症经历一场为期4000万年的大冰期,这场大冰期的遗迹,至今能在澳大利亚和印度找到。
一天只有10几个小时
由于地球形成不久,就与一颗火星差不多大小的行星忒亚一头撞上了地球,产生的碎片飘向了太空,但由于地球引力存在,这些碎片围绕着地球逐渐形成了卫星——月亮。
月亮之所以围绕地球公转,是因为地球引力对其起作用,同样,月亮的引力也为地球起到刹车效应。由于月亮的引力,地球会形成潮汐,潮汐碰撞时会散发一部分能量,因此地球在慢慢减速中。
在地球形成之初,地球自转一圈只有几个小时,在20年左右地球自转一圈只有10几个小时,而在恐龙时期,地球自转一圈需要20小时左右;我们所生活的今天,地球自转一圈耗时24个小时。
关于地球20亿年前的样子,我们就聊到这里。
地球已经有45.7亿年 历史 了,20亿年前的时候地球25.7亿岁。科学家为了更好地描述地质史,对地质年代进行了划分, 由大到小是:宙—代— 纪 —世 。例如, 地球分四个宙:冥古宙、太古宙、元古宙和显生宙 ,恐龙时代是显生宙—中生代—侏罗纪和白垩纪,我们目前处在显生宙—新生代—第四纪—全新世。 20亿年前地球处在元古宙—古元古代—造山纪。
一天15个小时 45.3亿年前,太阳的一颗行星——忒亚星与地球相撞,被地球俘获成为卫星,就是我们的月球。 从此以后地球的自转轴稳定下来,但自转也因月球的潮汐作用越来越慢。20亿年前,地球的一天——也即自转周期,大约15个小时,相应的,一年有590天。
太空中看地球和月球
月球的公转也在逐渐放缓,并且以每年3.8厘米的速度远离地球,现在月球离地球38.4万千米,20亿年前只有一半,再加上地球上主要都是海洋, 当时潮汐作用一定更频繁而且强烈,涨潮时涨得更高,退潮时退得更远。
原核生物向真核生物过渡20亿年前的地球还没有动物和植物,但也并非完全不毛之地。地球上最原始的生命,早在元古宙之前的太古宙就在海洋中诞生了,距今已有38亿年,当时是一些厌氧的细菌,属于原核生物,即没有细胞核的生物。
低等真核生物草履虫,细胞核清晰可见
早期生命进化非常缓慢,十几亿年都没什么变化。过去有观点认为最早的真核生物(具有细胞核的生物,我们人类和动物、植物都是真核生物)出现于16亿年前,但 一块21亿年前的化石上就有了类似于藻类的生物,这意味着真核生物的出现比我们之前认为的早得多。
细胞的能量中心:线粒体
20亿年前,一种真核厌氧生物吞噬了一种变形菌 ,但没有彻底将其消化吸收,被吞噬的细菌仍在主体细胞里存活和繁殖, 最终形成了内部共生关系 。被吞噬的细菌最终成为真核生物的一个细胞器, 作为呼吸中心和产能中心,这就是线粒体 。
大气的改造今天金星和火星的大气中95%以上都是二氧化碳,早期的地球也是这样的。后来能进行光合作用的蓝细菌出现,消耗二氧化碳产生氧气。这最初没有引起大气中氧浓度的上升,因为海洋中溶解了大量的二价铁,这些亚铁离子将氧气还原生成铁氧化合物,沉淀于海底,浅绿色(亚铁离子的颜色)海洋逐渐变得清澈,光合作用得以在更深的水层中进行。
大氧化之前形成的铁矿床
海洋中亚铁离子的耗尽用了十几亿年,到距今24亿年前左右,亚铁离子完全被氧化,氧气开始溶解于海水,并释放于大气。大气中氧含量达到了4%(今天是21%),这称为大氧化事件。氧气对当时的厌氧生物来说是有毒的,大量厌氧生物死亡,只有极少数适应有氧环境活了下来,好氧生物开始繁盛。
融化的雪球 从地球诞生到20亿年前,太阳光强度比今天弱30%到20%,要不是温室效应,地球可能常年都是零下几十摄氏度,液态水冻结,生命将难以维持。所幸当时地球的大气含有大量的二氧化碳和甲烷(如今二氧化碳只占0.03%,甲烷微乎其微),这些是非常强大的温室气体,维持了地球的温暖环境和液态水,生命得以生存繁衍。
然而,蓝细菌不断消耗二氧化碳产生氧气,大气中的氧气又缓慢地将甲烷氧化。 距今24亿年前,随着温室气体的减少,加上当时太阳光强度只有今天的85%,几万年间地球温度就下降到了-50 ,整个地球被冰封,地球进入第一个也是持续时间最长的冰期——休伦冰期,从距今24亿年前持续到21亿年前,长达三亿年。
北极冰川,休伦冰期整个地球都是这样
白雪皑皑的地球将更多太阳光反射回太空,形成了正反馈效应,地球变冷的趋势似乎不可逆转。所幸地球内部依然活跃, 火山释放的二氧化碳和甲烷终于有一天冲破了冰盖,这些温室气体几万年就将地球解冻。
20亿年前,雪球地球已经解冻,地球处于间冰期,但从大氧化事件到6亿年前,地球一直处在一个相对较冷的状态,经历了多次从冰封到解冻的过程。
哥伦比亚超大陆的诞生早期地球内部比现在热,火山远比今天活跃,当时地质运动有两种方式:垂直运动和水平运动。垂直运动是大陆板块内部的沉陷,而水平运动是大陆板块的碰撞。从25亿年前元古宙开始,地质垂直运动不复存在,只剩下水平运动一种了,各大板块得以逐渐稳定。
哥伦比亚超大陆
距今21亿年前到18亿年前,发生了第一次全球规模的板块碰撞和造山运动,结果是形成了地质史上第一块超大陆——哥伦比亚超大陆。 当然,当时的陆地上没有任何生命,甚至连土壤都没有,是一片岩石的世界。在这之后不同板块又经过了多次的分分合合,海陆布局才成了现在这个样子。
值得一提的是, 距今20.2亿年前,一颗很大的小行星——远大于造成恐龙灭绝的那颗,撞击到今天的南非位置,产生了弗里德堡陨石坑,这是地球上已知最早而且最大的陨石坑。 陨星产生的尘埃遮天蔽日,想必当时有不少原始细菌因此而灭亡。
弗里德堡陨石坑
总 结 一天只有15个小时,以二氧化碳、甲烷为主的大气正在被改造为以氮气、氧气为主,最原始的真核生物已经出现,线粒体刚刚在细胞中安家,大量厌氧细菌已经消亡,好养细菌正在繁盛,走出休伦冰期的雪球地球已经融化,大规模的板块碰撞和造山运动正在发生,哥伦比亚超大陆即将形成,这就是20亿年前的地球。
20亿年前的地球,看似一片荒芜,实则生机勃勃,生命赖以生存的海洋广袤无垠,氧气越来越丰富,太阳光线越来越温暖,原始生命生生不息,更复杂的生物正在某处孕育,一切都在向好的方向发展。
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想知道20亿年前的地球是什么样子那我们就需要分析地球的进化史,地球的进化史主要分为以下五个时期,即太古代、元古代、古生代、中生代和新生代。
太古代(46~25亿年)----是地球发展最古老的一个阶段,持续了20亿年之久,地球的岩石圈、水圈、大气圈的形成都是在这一时期发生的,这一时期也是原始生命的出现以及演化的阶段,不过这一时期的生命也都是一些原核生物,同时这个时候的地球还是极其不稳定,火山、地震频发。
元古代(25~6亿年)----元古代的早期同样是火山频发,但大气圈已经有更多的氧气,在19亿年左右,地球的地表已经出现了范围广,厚度厚相对稳定的大陆板块,这对地表的生命发展十分有利,蓝藻和细菌得意持续发展,到13亿年前后,已经开始出现最低等的真核生物,盖层沉积继续增厚,火山活动大为减弱,并出现广泛的冰川,从此地球出现了具有明显特征的的分带性气候环境,为生物发展的多样性提供了自然条件。
古生代(6~2.5亿年)----古生代时期一共出现过6个纪,分别是:寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪和二叠纪。其中寒武纪是生物大爆发时期,这一时期出现了很多无脊椎动物;奥陶纪是第一次生物大灭绝,这一时期有超过60%的生物灭绝;志留纪是第一次生物大灭绝后幸存的生物慢慢复苏,出现脊椎动物和水生植物迁移到陆地的时期;盆泥纪是第二次生物大灭绝,有超过75%的生物灭绝,同时这一时期出现了两栖动物,生物开始向陆地转移;石炭纪是陆地植物死亡后转变成煤碳的时期;二叠纪是第三次生物大灭绝,这时期有超过96%的生物灭绝。
中生代(2.5亿年~6700万年)----这一时期分三个阶段,分别是三叠纪、侏罗纪、白垩纪。三叠纪海西运动以后,许多地槽转化为山系,陆地面积扩大,地台区产生了一些内陆盆地。这种新的古地理条件导致沉积相及生物界的变化;侏罗纪是恐龙的统治时期,鸟类开始出现,哺乳动物开始发展;白垩纪最早的蛇、蛾、等许多小型动物出现,被子植物也在这一时期出现。
新生代(6700万年~至今)----可划分为第三纪和第四纪两个纪.这个时期的生物已接近现代,脊椎动物的特征是哺乳动物的兴起和繁盛.兽类大量出现,从中分化出了一支灵长类,从灵长类中又进化出了猿类.第三纪是哺乳动物繁盛时期.第四纪便进入到了人类的时代.
所以,综上来看,20亿年前地球还只是细菌占领时期,地球陆地也还只是坚硬的地壳
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