地球传：地球早期的形成与演化

 1959年8月7日，美国的探索6号卫星为我们从太空传回了第一张地球的照片，那是人们第一次亲眼看到这个世世代代居住的这个蓝色星球的全貌。也许你不禁想问，宇宙中的行星数不胜数，为什么地球如此的独一无二呢？这要从很早之前说起…

我们都知道，137亿年前，宇宙大爆炸创造了时间和空间，最早期的宇宙只有中子、质子、电子等基本粒子，在大爆炸之后的90亿年的时间里，宇宙不断的膨胀，温度降低，氢元素逐渐稳定，星系开始形成。无数的恒星从星云和分子云的气体和尘埃坍缩中诞生，然后燃烧，膨胀，爆发，最后向外界抛洒出各种重元素，走完恒星的一生。这些重元素又会参与到其他恒星的演化中，几十亿年如一日，周而复始，永不停歇。

图片：恒星演化过程，source：ESO/S. Steinhöfel - ESO，CC BY 4.0，https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8692374

直到63亿年前，在宇宙中一个平淡无奇的星系的角落里，一个不起眼的恒星刚刚诞生，开始燃烧。在今天，我们把这个星系叫做银河系，把这个恒星，叫做太阳。

太阳质量为2x1030kg，和其他恒星相比，太阳再普通不过，宇宙中质量体积比它大的恒星比比皆是，比它小的恒星也多如牛毛。从它诞生之日起，如果不出意外的话可以通过核聚变稳定燃烧100亿年，最后走向生命的终点变成白矮星，但就在这100亿年的时间里，在太阳身边环绕的一个小天体身上，就足够发生许多传奇。

在茫茫宇宙的一粒尘埃上，故事开始了。

此时的太阳系刚刚诞生，一切都和如今的面貌大不相同：气体和尘埃凝聚而成的各种天体在太阳的引力牵引下环绕太阳运动。地球温度极高，类似一个巨型的岩浆团。随着时间的流逝不断的吸积、冷却，质量也逐渐增加。就在幼年的地球试图在太阳系寻求一席之地时，临近轨道的一颗火星大小的行星受地球质量的影响，在万有引力的作用下于45.3亿年前与地球相撞，使得地球的大部分地壳喷出，这次碰撞也被叫做大碰撞（Great Impact）。而那些喷出的物质聚集在地球周围，逐渐形成了今天的月球。

（图片源自网络）

地球形成之初的前五亿年被称作冥古宙，这一阶段的地球如同可怕的炼狱：火山爆发，岩浆横流，毒气遍布，外界众多活跃的小行星、陨石也无时无刻不在撞击着地球。此时依然灼热的地球内部正在有条不紊的发生着奇妙的物理化学变化：重力作用下，铁、镍等重元素沉降形成地核，较轻的硅氧化物则上浮，形成早期的地壳。

 时间又过了五亿年，地球早已冷却，地表也由炽热的岩浆变为固体大地。这十亿年间，陨石的撞击除了带来陨石坑以外（虽然这些陨石坑经过地质活动后大都消失），还带来了最重要的物质——水。陨冰带来的水蒸气在高空凝结、降落，填满了陨石坑，最终覆盖了这个星球71%的表面。

那么地球上的生物是如何出现的呢？要知道，早期的地球大气以甲烷、氢气、氨气为主，水循环已经开始。伴随着电闪雷鸣，蒸发的水蒸气凝结成水滴，暴雨倾盆。在太阳辐射、火山活动以及大气中雷电的催化之下，大气中的这些有机小分子发生反应，一些重要的以碳原子链为骨架的有机物也在这个过程中产生，比如氨基酸、嘧啶、嘌呤、核糖等等。这些有机物伴随着雨水降落，溶解在地球的原始海洋里。而且值得一提的是，1953年著名的科学家Miller已经在实验室中模拟出这个过程了。

万事俱备只欠东风，从分子到生命是质的飞跃。这些有机分子在太阳辐射、热能和金属离子的作用之下，发生了复杂的化学反应。分子的质量越来越大，结构越来越复杂，各种奇形怪状的大分子通过折叠形成特殊的空间结构，也有了引发或催化其他化学反应的能力。终于有一天，一个奇怪的东西诞生了：它可以利用周围的有机原料复制另一个自己，并且它的复制品也具有同样的能力。在今天，这个奇怪的东西仍然存在，只不过有了名字：病毒。有些病毒只是一段核酸或蛋白质或者蛋白质包裹的核酸，在某些情况下会发生完全类似的过程。

这之后，在原始海洋里仍然发生着这样的过程，而且更加多样化。这些生命大分子逐渐协作：由核酸承载遗传信息，指导蛋白质的合成和功能。当这一套核酸—蛋白质体系被一层脂质分子包裹之后，大约在38亿年前，最原始的细胞就诞生了，从此这个世界上就有了真正意义上的生命。

                        34亿年前的古细菌化石（sourse：源自百度，侵删）

原始细胞数亿年的发展使得海洋里的有机物消耗殆尽，有机物就成了一件奢侈的东西。自然条件下细胞的发展陷入了困境。幸运的是，一些特殊的细胞在演化过程中拥有了利用海洋中的无机物和太阳能合成有机物的能力—光合作用。这些最原始的光合作用细菌逐渐演化为蓝藻。 随后的一段时间，这些细菌将遍布海洋。

数量庞大的自养生物利用二氧化碳进行光合作用的同时，不可避免的产生了废料—氧气。这些氧气被排放到大气中，整个过程持续了数亿年。这个过程被称为大氧化事件，地球大气也因此彻彻底底的变了个样，氧气的急剧增加为生命的进一步演化带来了机遇与挑战。

至此，早期地球已经基本具备现代的模样，海洋、陆地，一片生机勃勃的景象即将在这个星球上出现。（未完待续）

（图片来源：百度搜索）