文章轉(zhuǎn)載自“科學(xué)人文在線”

地球是演化的，它有“生命”，它經(jīng)歷了出生、成長(zhǎng)和成熟的過(guò)程；巖石就像骨骼和肌肉，組成和支撐了地球的格架和軀體；地層就像史書(shū)，能告訴我們地球的生長(zhǎng)和演化歷史；巖漿和氣液流體就像血液和呼吸，維持著地球的生命和運(yùn)轉(zhuǎn)；人們根據(jù)地球記錄的生長(zhǎng)信息，認(rèn)識(shí)地球的生命歷程。地球現(xiàn)階段正處于成熟的中年階段。

按照我國(guó)的神話傳說(shuō)，地球至少有幾萬(wàn)年歷史了。在我國(guó)的神話傳說(shuō)中，4萬(wàn)～5萬(wàn)年前，“天地混沌”，沒(méi)有分開(kāi)，這時(shí)候盤(pán)古出生了。他在混沌中睡了18000年，突然醒了。他見(jiàn)四周漆黑，就用大斧猛劈，輕的上升成為天，重的下降成為地（“盤(pán)古開(kāi)天”）。不過(guò)，那時(shí)候的地——“地球”是方形的，有四極。盤(pán)古怕天地再次融合成為混沌，就站在地上用手頂著天，天每天長(zhǎng)高一丈，盤(pán)古也就跟著長(zhǎng)高一丈。18000年后，盤(pán)古倒下了，他的四肢變成四極，仍然“頂天立地”，他的皮膚變成大地，血液變成河流，氣息變成風(fēng)云，汗水變成雨露。盤(pán)古之后，女?huà)z模仿自己，用“土”造出萬(wàn)物（“女?huà)z造人”），但后來(lái)社會(huì)動(dòng)蕩，水神共工氏和火神祝融氏大戰(zhàn)，結(jié)果共工氏因?yàn)榇髷《彩澜绲闹е恢苌?，?/span>媧于是用五彩石補(bǔ)天（“女?huà)z補(bǔ)天”）。

按照《圣經(jīng)》的說(shuō)法，地球的形成不超過(guò)1萬(wàn)年。

18世紀(jì)初，英國(guó)物理學(xué)家埃德蒙·哈雷（Edmond Halley）提出，假設(shè)海水形成時(shí)是淡的，那么根據(jù)每年由陸地沖洗進(jìn)入海洋的鹽分，以及海水中的總含鹽量，推測(cè)地球的年齡大約為1億年。1854年，德國(guó)偉大的科學(xué)家赫爾曼·馮·亥姆霍茲（Hermann von Helmholtz）根據(jù)他對(duì)太陽(yáng)能量的估算，認(rèn)為地球的年齡不超過(guò)2500萬(wàn)年。1862年，英國(guó)著名物理學(xué)家約瑟夫·約翰·湯姆生（Joseph John Thomson）提出，地球從早期熾熱狀態(tài)中冷卻到如今的狀態(tài)，需要2000萬(wàn)～4000萬(wàn)年。

20世紀(jì)初，科學(xué)家開(kāi)發(fā)了同位素地質(zhì)測(cè)年方法，根據(jù)當(dāng)時(shí)獲得的巖石的最老年齡，提出地球有35億年。但是，這個(gè)巖石未必是地球上最古老的巖石。到了20世紀(jì)60年代，科學(xué)家測(cè)定了取自月球表面的巖石標(biāo)本，發(fā)現(xiàn)月球的年齡在44億～46億年，并基于地球、月球同時(shí)形成的假說(shuō)，提出地球有44億～46億年歷史。后來(lái)，更多的隕石年齡限定地球的年齡約為46億年。

地球上每天都有新的巖石“出生”，有的形成于火山爆發(fā)的過(guò)程中，有的形成于湖泊和海洋沉積的過(guò)程中……巖石形成后，有的被逐漸風(fēng)化，有的被巖漿作用過(guò)程熔融……巖石也有生命周期。地球上最老的巖石有多少年？地球形成時(shí)就有巖石嗎？

地球上最古老的現(xiàn)在有確切年齡的巖石位于加拿大北部阿卡斯塔河（Acasta River）中的一個(gè)小島上，這塊巖石被稱為“阿卡斯塔”（英云閃長(zhǎng)質(zhì)）片麻巖，年齡40億年。片麻巖的外貌好似麻糖，有如芝麻的深淺不同的礦物集合體在上面定向排列，斷續(xù)分布，形成條帶狀，英云閃長(zhǎng)質(zhì)是一種主要由長(zhǎng)石石英等礦物組成的巖石。這樣的巖石常形成于10千米以下的地殼中，是應(yīng)力下巖石中不同礦物差異分布形成的。阿卡斯塔片麻巖產(chǎn)于加拿大西北領(lǐng)地阿卡斯塔河中一個(gè)面積不足0.5平方千米的小島上。該島上唯一的一幢建筑是一間為地質(zhì)學(xué)家工作和生活而搭建的臨時(shí)圓形鐵皮屋，該“庇護(hù)所”被地質(zhì)學(xué)家親切地稱為“阿卡斯塔市政廳”。加拿大西北領(lǐng)地面積300多萬(wàn)平方千米，原住民為因紐特人，其首府為黃刀鎮(zhèn)（Yellowknife），常住人口只有2萬(wàn)多人。去往“阿卡斯塔市政廳”沒(méi)有公路，最便捷的方式是乘坐可以降落在湖面上的直升機(jī)。阿卡斯塔片麻巖只是小島巖石組成中非常小的部分，其他巖石多為38億～33億年的片麻巖和輝長(zhǎng)巖，最年輕的約12億多年（輝長(zhǎng)巖）。盡管這些巖石僅僅是40億年的大陸被保存下來(lái)的極小部分，但卻為恢復(fù)當(dāng)時(shí)大陸的樣子提供了最珍貴的樣品。

人們?cè)诟窳晏m島、澳大利亞、西伯利亞等地發(fā)現(xiàn)了比40億年稍年輕的巖石——39億～38億年的類似片麻巖。我國(guó)鞍山地區(qū)也有這一年齡的巖石，產(chǎn)出于東山—白家墳一帶，現(xiàn)在已經(jīng)被保護(hù)起來(lái)了。鞍山和澳大利亞的古老巖石出露的面積較小，有的像枕頭大小，一塊一塊的，形狀不規(guī)則。格陵蘭島出露的古老巖石的面積非常大（千米尺度），科學(xué)家認(rèn)為這些巖石大致保存了地球上最古老的地殼。

還能找到更老的巖石嗎？答案幾乎是肯定的！科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了44億年巖石殘存下來(lái)的礦物——鋯石。這種礦物在巖石中的含量微不足道，但是即使在1000℃的高溫下也不容易熔融，因而容易保存下來(lái)。這類礦物發(fā)現(xiàn)于西澳大利亞杰克峰（Jack Hills）的沉積巖（礫巖）中，它們顯示鋯石礦物生長(zhǎng)形成的環(huán)帶，保留了44億年的年齡信息。該巖石是25億～18億年前的河流攜帶的碎屑沉積成巖形成的。研究表明，這些礦物記錄了與地表水相互作用的信息，而且它們形成于類似于現(xiàn)今大陸主體巖石——花崗巖（如黃山和泰山山頂?shù)膸r石）之中。這說(shuō)明，44億年前地球上不但有巖石，還有一定規(guī)模的大陸，而且當(dāng)時(shí)的大陸巖石和現(xiàn)在有一些相似之處。既然理論推測(cè)存在更加古老的巖石，那么就有可能被保存下來(lái)并等待我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)。

有沒(méi)有比44億年更老的巖石？地球46億年前形成時(shí)是否就形成了巖石？科學(xué)家認(rèn)為，地球最開(kāi)始時(shí)的表面非常炙熱，沒(méi)有巖石，沒(méi)有地殼，呈巖漿狀態(tài)，稱為“巖漿洋”或者“巖漿?！薄?/span>巖漿洋冷卻可能形成了斜長(zhǎng)巖。斜長(zhǎng)巖是一種幾乎全部由斜長(zhǎng)石礦物（可用來(lái)做陶瓷和玻璃，部分夜光石也屬于同族礦物）形成的巖石，是巖漿洋中結(jié)晶的密度比巖漿的密度小的礦物，它們漂浮聚集在巖漿洋最表層，形成巖石。月球看上去更亮的部分（“高地”）就是由斜長(zhǎng)巖形成的。月球上最古老的巖石是斜長(zhǎng)巖，它的同位素地質(zhì)年齡達(dá)45億年。雖然地球最早結(jié)晶出來(lái)的巖石類型是片麻巖，但也有科學(xué)家認(rèn)為地球最早的地殼（原始地殼）表面看起來(lái)可能和月球上的高地一樣，是由斜長(zhǎng)巖組成的。斜長(zhǎng)巖稍微風(fēng)化，就呈現(xiàn)瓷白色，想象一下當(dāng)時(shí)瓷白色沒(méi)有植被的地球，一定非常壯觀！可惜的是，科學(xué)家還很難測(cè)定斜長(zhǎng)巖的準(zhǔn)確年齡，也還沒(méi)有確認(rèn)地球上是否殘存有大于44億年的斜長(zhǎng)巖。

40億～38億年的巖石，僅僅呈小的巖塊殘存在更年輕的巖石中。地球上成規(guī)模的老地殼在哪？在格陵蘭的伊蘇瓦（Isua）。該地區(qū)部分地殼形成于38億年前，面積為500平方千米。這是目前所知地球上38億年以上年齡的地殼中面積最大的一塊。

查閱典籍，探究遺跡，我們可以感知人類歷史的發(fā)展歷程，感嘆興衰更迭、滄桑巨變，就像《詩(shī)經(jīng)》里面講的“高岸為谷，深谷為陵”。人類的歷史只有數(shù)千年，而地球的歷史有40多億年，這些歷史如何探查呢？地球的歷史也有“撰寫(xiě)者”，它們是分布廣泛的地層。一套地層就像是一本史書(shū)，翻開(kāi)這一本本史書(shū)，我們可以揭示地層的形成及環(huán)境的變化，我們也可以想象地球“滄海桑田”的演化歷史。

地層是在地殼發(fā)展過(guò)程中形成的各種成層巖石的總稱。地層的主要巖石組成是沉積巖，還包括變質(zhì)的和火山成因的成層巖石。雖然沉積巖只占整個(gè)巖石圈體積的5%，但是分布面積卻是陸地面積的75%，大洋的底部幾乎全部被沉積巖或是沉積物覆蓋。

在地殼表層的條件下，由母巖風(fēng)化后的碎屑沉積物通過(guò)流水或風(fēng)的搬運(yùn)，以及之后的沉積和成巖作用，最終形成沉積巖。正常來(lái)說(shuō)，沉積巖形成之初是呈水平層狀產(chǎn)出的，隨著時(shí)間層層地由下至上沉積成巖，由此稱為沉積地層。沉積巖相對(duì)穩(wěn)定，在一定范圍內(nèi)是連續(xù)分布的，最大的特點(diǎn)就是下面的地層時(shí)代老，上面的地層時(shí)代新。

不過(guò)，地層的形態(tài)錯(cuò)綜復(fù)雜。它們或因構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使原始水平狀態(tài)變得傾斜甚至彎曲，或因地震活動(dòng)使原始連續(xù)地層發(fā)生斷開(kāi)或錯(cuò)動(dòng)，或因地殼運(yùn)動(dòng)使地層發(fā)生剝蝕而缺失，或因變質(zhì)作用使地層產(chǎn)狀和面貌完全改變。它們就如同一本古老的書(shū)被彎折毀壞、混亂頁(yè)序，必須重新考證、理清順序、分章劃段再進(jìn)行研究。因此，地質(zhì)學(xué)家在野外研究地層時(shí)，常選擇地層出露完全、順序正常、接觸關(guān)系清楚、化石保存良好，可供劃分、對(duì)比的標(biāo)準(zhǔn)剖面。

山川河流，滄海桑田，地球環(huán)境變化和生物的演化歷史可以通過(guò)不同時(shí)代地層的信息解析和重建。地質(zhì)學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在不同的沉積環(huán)境和成巖過(guò)程中，沉積巖在巖性特征、古生物（化石）組成以及地球化學(xué)特征上有顯著的差別。同時(shí)，地層之間的接觸關(guān)系中的不整合可以反映地理環(huán)境的重大變化，如地殼的升降運(yùn)動(dòng)或褶皺變形。

沉積巖的巖性包括物質(zhì)成分、粒度大小、磨圓度、顏色、巖石類型，以及沉積地層的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等。巖性的特征可以從側(cè)面反映沉積巖形成的沉積環(huán)境。例如，粒度大小、磨圓度反映搬運(yùn)力的強(qiáng)弱和搬運(yùn)距離的遠(yuǎn)近，顏色標(biāo)志著形成時(shí)的氧化還原條件，層理、波浪等構(gòu)造反映了沉積過(guò)程中的水動(dòng)力條件。

化石是保存在地層中地質(zhì)時(shí)期的生物遺體（如動(dòng)物骨骼、硬殼）和遺跡（動(dòng)物足印、蟲(chóng)穴、蛋、糞便）。不同時(shí)代的地層常含有不同種類的古生物或古生物群，如寒武紀(jì)的代表性海洋生物有三葉蟲(chóng)和奇蝦等，志留紀(jì)的代表性海生生物為筆石，泥盆紀(jì)則是“魚(yú)類時(shí)代”，侏羅紀(jì)時(shí)期海洋的霸主是魚(yú)龍類和蛇頸龍類。因此可以利用生物化石估計(jì)地層的大致時(shí)代和進(jìn)行地層的對(duì)比。

根據(jù)一個(gè)地區(qū)地層中的巖性、古生物和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征等，可以建立區(qū)域性的地層新老關(guān)系和年代順序。經(jīng)過(guò)更大范圍的行地層對(duì)比，還可以建立大區(qū)域的甚至全球的地層年代順序。

地層中的化石、巖性和地球化學(xué)特征蘊(yùn)藏著地質(zhì)時(shí)期環(huán)境的各種信息，科學(xué)家們通過(guò)破譯這些信息解讀當(dāng)時(shí)的環(huán)境特征，如古水流的方向或古地理的方位、海水的氧化還原情況和構(gòu)造的運(yùn)動(dòng)等，最終恢復(fù)地球的漫長(zhǎng)歷史。

地球跟萬(wàn)物一樣都有生命，最終也會(huì)能量耗盡，走向死亡，像月球一樣安靜，但不會(huì)發(fā)生爆炸。科學(xué)家預(yù)言地球能量全部消耗掉、變成像月球一樣死亡的星球還需要40多億年。根據(jù)適當(dāng)?shù)乃c氧氣的量，地球還能維持生命超過(guò)10億年。也有科學(xué)家預(yù)言，由于人類活動(dòng)加劇導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境惡化，也許會(huì)使地球更快速地不利于生命生存。

漫長(zhǎng)的地球歷史逐漸的演化發(fā)展，可以分為不同的階段。為了鐫刻這悠久的歷史，地質(zhì)學(xué)家們建立了一套地質(zhì)年代體系來(lái)表示不同的階段，這些單位從大到小分別稱為宙、代、紀(jì)、世、期。其中，宙是最大的地質(zhì)年代單位，有冥古宙、太古宙、元古宙和顯生宙。每個(gè)宙下可以進(jìn)一步劃分為代，如顯生宙地質(zhì)時(shí)代又可劃分為三個(gè)代，即古生代、中生代和新生代。每個(gè)代的時(shí)間有數(shù)億年之久。紀(jì)是每個(gè)代的進(jìn)一步細(xì)分，如古生代分為寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)、志留紀(jì)、泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)、二疊紀(jì)，中生代分為三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)，新生代分為古近紀(jì)、新近紀(jì)和第四紀(jì)。每個(gè)紀(jì)都有不同的自然環(huán)境和獨(dú)特的古生物種屬，是最常用的一級(jí)地質(zhì)時(shí)代單位，如寒武紀(jì)的三葉蟲(chóng)、石炭紀(jì)的蕨類植物、侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)的恐龍等。

每個(gè)階段都有其不同的演化歷史。

冥古宙（40億年前）是地球上地殼巖石初步形成的階段，這些巖石中的絕大部分甚至全部沒(méi)有保存下來(lái)。巖石由礦物組成，部分容易保留的礦物（如鋯石）卻保留了下來(lái)。通過(guò)與至今還保留著冥古宙巖石地殼的月球進(jìn)行對(duì)比，我們可以想象冥古宙階段的地球。

太古宙（40億～25億年前）是穩(wěn)定大陸形成的階段。穩(wěn)定大陸，我們稱之為克拉通。全球保存最老的巖石是加拿大北部阿卡斯塔的片麻巖，為40.4億年。這一年齡標(biāo)志著太古宙的開(kāi)始。地球上保留下來(lái)的最老的地殼為38億～33億年，留存于格陵蘭，面積相當(dāng)于3 個(gè)河北省的面積。

元古宙（25億～5.41億年前）是大氣圈演化的重要階段，元古宙晚期是“生命大爆發(fā)”的階段。大約23億年前，地球表面空氣稀薄，氧氣濃度非常低，空氣中甲烷（CH4）、硫化氫（H2S）等氣體的濃度可能都大于氧氣的濃度。23億～20億年，地球表層的氧氣經(jīng)歷了一個(gè)濃度突然增加的過(guò)程，稱為“大氧化事件”。

顯生宙（5.41億年前至今）是生命繁榮的階段。顯生宙進(jìn)一步分為古生代、中生代和新生代三個(gè)時(shí)代。人類出現(xiàn)于新生代。