地球的大气圈(水圈、生物圈)是怎么形成的?

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人类最古老的问题之一是地球是如何形成的。但是,没人知道确切的答案。首先,根据最佳估计,它发生在45亿年前,在任何生命出现之前。因此,没有目击者的描述和其他证据。唯一的根据就是查看地质记录或者恒星来得到我们的答案。虽然我们可能没有完整的图像,但是可以从恒星是如何诞生开始说起。


就像地球和其他行星的形成一样,恒星需要很长时间才能诞生。恒星本质上是由太空中的气体云形成的,我们将这些称为星云。随着时间的推移,重力导致气体原子和太空尘埃开始聚集在一起,这些气体聚集的质量增加,重力也随之增强。可能需要数百万年的过程,重力导致气体,主要是氢,在核反应中融合,并形成了恒星。

地球的形成是在太阳形成的初始阶段之后。我们通过观察和其他间接的证据知道,还有剩余的气体和较重的元素。太阳的引力有助于将这些残留物压平成一个圆盘,并开始将它们融合在一起。这创造了无数的小行星,它们后来组成了行星,这些小行星发生碰撞以后,产生更大的质量,地球最终就是以这种方式形成的。


现在我们需要知道核聚变最终会产生更重的元素,如碳和铁,这些元素将构成年轻地球的重要部分。来自元素放射性衰变的压力和热量以及大规模碰撞的余震导致地球融化。随着时间的推移,地球表面变冷,变成了地壳。然而剩下的熔融层成为了我们的地幔和地核。这个巨大地下岩浆的流动导致火山喷发释放气体,从而产生了大气和海洋,开始水循环。地球的形成只是开始,我们仍然可以看到地球通过侵蚀和板块构造逐年变化。

一些科学家认为生命是在我们的地球环境足够稳定以提供生存环境的那一刻出现的。大约40亿年前,第一批单细胞微生物经过几亿年的进化,又形成了多细胞生物,这些多细胞生物又进一步进化,最终形成了丰富多样的海洋生物,有一天,一部分海洋生物从海洋爬到了陆地上,又开始了新的征程。


未解谜之屋


抛开具体过程,还真有点像我国神话中上古巨人盘古的传说,盘古开辟天地,“清轻者上浮,重浊者下沉”,大气圈、水圈、岩石圈以密度排列,地球中央是密度大总量多的铁镍。

地球的构成和地球在太阳系中的位置,是巧合但也不特别巧合,一切得从太阳说起。太阳石太阳系唯一一颗恒星,50亿年前诞生于一片星云,占据了星云中绝大多数的质量,同时外围形成众多小天体,太阳因为质量大引力大,搅动整个太阳系,使这片星云中的物质围绕着太阳运转,主体的恒星和八大行星在一个螺旋状的轨道上航行,以太阳的视角看则是一个扁平的轨道。

而太阳爆发的恒星风暴驱动着太阳系中较轻的物质或物质团块向太阳系较外侧的地方运动,形成了围绕太阳的球状星云,内侧则是八大行星盘状结构。这样的恒星系统在宇宙中并不少见,如今已经探测拍摄到系外星系的初期模式,和原来科学家们的推测是一致的。

八大行星是伴随着太阳诞生的,原本可能有一百颗原始的行星,相互碰撞集合成了如今的八大行星,早期由于太阳风暴的影响较轻的物质被推离到太阳系外侧,内侧则留下了一些较为沉重的物质,因此太阳系天体构成了内侧岩石行星外侧气态巨行星的模式,主要是因为越是靠近太阳太阳风暴越是强烈,越不利于气态物质的存在。而地球的位置比较巧合,与太阳的距离不远不近,而地球的引力又足够,使得地球保持了大量的大气,相似的还有金星,而火星引力小大气层十分稀薄,水星离太阳太近更是没有大气层,只有很稀薄的散逸层。大气、水、岩石以密度排列,大气位于最外层,水位于中央,岩石位于最内侧。正所谓清轻者上浮,重浊者下沉,其实是古人观察得出的结论,气体当然要清且轻。

地球如今环境适宜,但在地球刚形成的时候可不是这样,由于碰撞余波,地球十分炙热,而大气也因为地质活动变得稠密,稠密的大气更容易发生剧烈的闪电等现象,闪电作为能量的来源之一催动着小分子物质的碰撞反应,慢慢地形成了有机物,有机物的互相反应形成了核酸和蛋白质(原始汤理论假说),上图的实验证实了这种猜想中,无机物可以转变为有机物。而核酸和蛋白质,这两种物质构成了生命的基础,如今所有已知的生物都由这两种物质构成,盖因早期生命获得了繁殖的能力,而核酸会不断突变,辐射演化产生了如今的所有物种。不过奇怪的是地球上的生命只这一次起源,却没能形成其他类型的生命,起码碳基的构造要有较大差别,可如今的地球生物核酸或者蛋白的作用模式都是一致的。

生命起源的另一种重要假说是深海热泉系统,热泉将地球内部的物质源源不断地带出来,热量催动物质反应形成了生命。而热泉中有很多酸碱或者重金属物质,所以热泉周围的微生物的抵抗能力很强,能适应酸碱重金属等极端环境,这种生物向更多、抗性偏差的生物种类转化容易,普通生物适应极端环境却比较难。


来看世界呀


小行星撞击是地质变化的动力。

岩石圈、水圈、生物圈、大气层都是小行星环反复撞击形成的。




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