??關(guān)于地球的起源問題，已有相當長的探討歷史了。在古代，人們就曾探討了包括地球在內(nèi)的天地萬物的形成問題，在此期間，逐漸形成了關(guān)于天地萬物起源的創(chuàng)世說。其中流傳最廣的要算是《圣經(jīng)》中的創(chuàng)世說。在人類歷史上，創(chuàng)世說曾在相當長的一段時期內(nèi)占據(jù)了統(tǒng)治地位。

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自1543年波蘭天文學家哥白尼提出了日心說以后，天體演化的討論突破了宗教神學的桎梏，開始了對地球和太陽系起源問題的真正科學探討。1644年，笛卡兒(R。Descartes)在他的《哲學原理》一書中提出了第一個太陽系起源的學說，他認為太陽、行星和衛(wèi)星是在宇宙物質(zhì)渦流式的運動中形成的大小不同的旋渦里形成的。

??一個世紀之后，布封(G。L。L。 de Buffon)于1745年在《一般和特殊的自然史》中提出第二個學說，認為:一個巨量的物體，假定是彗星，曾與太陽碰撞，使太陽的物質(zhì)分裂為碎塊而飛散到太空中，形成了地球和行星。事實上由于彗星的質(zhì)量一般都很小，不可能從太陽上撞出足以形成地球和行星的大量物質(zhì)的。

??在布封之后的200年間，人們又提出了許多學說，這些學說基本傾向于笛卡爾的一元論，即太陽和行星由同一原始氣體云凝縮而成;也有二元論觀點，即認為行星物質(zhì)是從太陽中分離出來的。1755年，著名德國古典哲學創(chuàng)始人康德(I。 Kant)提出星云假說。

??1796年，法國著名數(shù)學和天文學家拉普拉斯(P。 S。 Laplace)在他的《宇宙體系論》一書中，獨立地提出了另一種太陽系起源的星云假說。由于拉普拉斯和康德的學說在基本論點上是一致的，所以后人稱兩者的學說為康德-拉普拉斯學說。整個十九世紀，這種學說在天文學中一直占有統(tǒng)治的地位。

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到本世紀初，由于康德-拉普拉斯學說不能對太陽系的越來越多的觀測事實做出令人滿意的解釋，致使二元論學說再度流行起來。1900年，美國地質(zhì)學家張伯倫(T。 C。 Chamberlain)提出了一種太陽系起源的學說，稱為星子學說;同年，摩耳頓(F。

?? R。 Moulton)發(fā)展了這個學說，他認為曾經(jīng)有一顆恒星運動到離太陽很近的距離，使太陽的正面和背面產(chǎn)生了巨大的潮汐，從而拋出大量物質(zhì)，逐漸凝聚成了許多固體團塊或質(zhì)點，稱為星子，進一步聚合成為行星和衛(wèi)星。

現(xiàn)代的研究表明，由于宇宙中恒星之間相距甚遠，相互碰撞的可能性極小，因此，摩耳頓的學說不能使人信服。

??由于所有災變說的共同特點，就是把太陽系的起源問題歸因于某種極其偶然的事件，因此缺少充分的科學依據(jù)。著名的中國天文學家戴文賽先生于1979年提出了一種新的太陽系起源學說，他認為整個太陽系是由同一原始星云形成的。這個星云的主要成份是氣體及少量固體塵埃。

??原始星云一開始就有自轉(zhuǎn)，并同時因自引力而收縮，形成星云盤，中間部分演化為太陽，邊緣部分形成星云并進一步吸積演化為行星。

總的來說，關(guān)于太陽系的起源的學說已有40多種。本世紀初期迅速流行起來的災變說，是對康德-拉普拉斯星云說的挑戰(zhàn);本世紀中期興起的新的星云說，是在康德-拉普拉斯學說基礎(chǔ)上建立起來的更加完善的解釋太陽系起源的學說。

??人們對地球和太陽系起源的認識也是在這種曲折的發(fā)展過程中得以深化的。

至此，我們可以對形成原始地球的物質(zhì)和方式給出如下可能的結(jié)論。形成原始地球的物質(zhì)主要是上述星云盤的原始物質(zhì)，其組成主要是氫和氦，它們約占總質(zhì)量的98%。此外，還有固體塵埃和太陽早期收縮演化階段拋出的物質(zhì)。

??在地球的形成過程中，由于物質(zhì)的分化作用，不斷有輕物質(zhì)隨氫和氦等揮發(fā)性物質(zhì)分離出來，并被太陽光壓和太陽拋出的物質(zhì)帶到太陽系的外部，因此，只有重物質(zhì)或土物質(zhì)凝聚起來逐漸形成了原始的地球，并演化為今天的地球。水星、金星和火星與地球一樣，由于距離太陽較近，可能有類似的形成方式，它們保留了較多的重物質(zhì);而木星、土星等外行星，由于離太陽較遠，至今還保留著較多的輕物質(zhì)。

??關(guān)于形成原始地球的方式，盡管還存在很大的推測性，但大部分研究者的看法與戴文賽先生的結(jié)論一致，即在上述星云盤形成之后，由于引力的作用和引力的不穩(wěn)定性，星云盤內(nèi)的物質(zhì)，包括塵埃層，因碰撞吸積，形成許多原小行星或稱為星子，又經(jīng)過逐漸演化，聚成行星，地球亦就在其中誕生了。

??根據(jù)估計，地球的形成所需時間約為1千萬年至1億年，離太陽較近的行星(類地行星)，形成時間較短，離太陽越遠的行星，形成時間越長，甚至可達數(shù)億年。

至于原始的地球到底是高溫的還是低溫的，科學家們也有不同的說法。從古老的地球起源學說出發(fā)，大多數(shù)人曾相信地球起初是一個熔融體，經(jīng)過幾十億年的地質(zhì)演化歷程，至今地球仍保持著它的熱量。

??現(xiàn)代研究的結(jié)果比較傾向地球低溫起源的學說。地球的早期狀態(tài)究竟是高溫的還是低溫的，目前還存在著爭論。然而無論是高溫起源說還是低溫起源說，地球總體上經(jīng)歷了一個由熱變冷的階段，由于地球內(nèi)部又含有熱源，因此這種變冷過程是極其緩慢的，直到今天地球仍處于繼續(xù)變冷的過程中。

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二、地球的演化

地表的基本輪廓可以明顯地分為兩大部分，即大陸和大洋盆地。大陸是地球表面上的高地，大洋盆地是相對低洼的區(qū)域，它為巨量的海水所充填。大陸和大洋盆地共同構(gòu)成了地球巖石圈的基本組成部分。因此，巖石圈的演化問題，也就是大陸和大洋盆地的構(gòu)造演化問題。

??有關(guān)地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)請參見地球各圈層結(jié)構(gòu)一節(jié)。

現(xiàn)在，絕大部分地球科學家都確認大陸漂移現(xiàn)象，并一致認為地球上海洋與陸地的結(jié)構(gòu)分布和變化與大陸漂移運動直接相關(guān)。比較堅硬的地球巖石圈板塊作為一個單元在其之下的地球軟流圈上運動;由于巖石圈板塊的相對運動，導致了大陸漂移，并形成了今天地球上的海洋和陸地的分布。

??地球巖石圈可分為大洋巖石圈和大陸巖石圈，總體上，前者的厚度是后者的一半，其中大洋巖石圈厚度很不均勻，最厚處可達80公里。

大部分大型的地球板塊由大陸巖石圈和大洋巖石圈組成，但面積巨大的太平洋板塊由單一的大洋巖石圈構(gòu)成。地球上陸地面積約占整個地球面積的30%，其中約70%的陸地分布在北半球，并且位于近赤道和北半球中緯度地區(qū)，這很可能與地球自轉(zhuǎn)引起的大陸巖塊的離極運動有關(guān)。

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在全球范圍內(nèi)，分布在大陸附近的大陸殼島嶼幾乎全部位于大陸的東海岸一側(cè)，個別一些大陸東部邊緣，則被一連串的大陸殼島嶼構(gòu)成的花彩狀島群所環(huán)繞，形成了顯著的向東凸出的島弧。這種全球大陸殼島嶼的分布特征，可以用巖石圈板塊的普遍向西運動和邊緣海底的擴張理論來加以解釋。

??長期以來，人們就注意到地表上的某些大陸構(gòu)造能夠拼合在一起，這就好像是一個拼板玩具，特別是非洲的西海岸與南美洲的東海岸之間的吻合性最為明顯。這種現(xiàn)象可以用大陸巖石圈的直接破裂和大陸巖塊體的長期漂移得到解釋。這就是我們后面將要介紹的關(guān)于杜托特提出的現(xiàn)今的大陸是由北半球的勞亞古陸和南極洲附近的岡瓦納古陸的破裂后漂移形成的。

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1966年，梅納德(H。 W。 Menard)等匯集了當時所有的有關(guān)海洋深度的探測資料，再度進行了世界海洋深度的統(tǒng)計，得到全球陸地在海平面以上的平均高程為0。875公里，大洋的平均深度為3。729公里。大陸和大洋之間存在為海水所淹沒的數(shù)拾公里寬的邊緣地帶，這個地帶包括大陸架和大陸坡，兩者共占地球表面積的10。

??9%。大陸地殼和大洋地殼的差異非常明顯，大陸地殼的化學成份主要是花崗巖質(zhì)，而大洋盆地下的巖石主要是由玄武巖或輝長巖構(gòu)成。因此，整個地殼又可以分為大陸硅鋁殼和大洋硅鎂殼兩大類型。

有關(guān)大陸的起源問題，地質(zhì)和地球物理學家杜托特(A。

?? L。 Du Toit)于1937年在他的《我們漂移的大陸》一書中提出了地球上曾存在兩個原始大陸的模式。如果這個模式成立，那么這兩個原始大陸分別被稱為勞亞古陸(Lanrasia)和岡瓦納古陸(Gondwanaland);這實際上就象以前魏格納等人所主張的那樣，把全球大陸只拼合為一個古大陸。

??杜托特認為，兩個原始大陸原來是在靠近地球兩極處形成的，其中勞亞古陸在北，岡瓦納古陸在南，在它們形成以后，便逐漸發(fā)生破裂，并漂移到今天大陸塊體的位置。

早在19世紀末，地質(zhì)家學休斯(E。 Suess)已認識到地球南半球各大陸的地質(zhì)構(gòu)造非常相似，并將其合并成一個古大陸進行研究，并稱其為岡瓦納古陸，這個名稱源于印度東中部的一個標準地層區(qū)名稱(Gondwana)。

??岡瓦納古陸包括現(xiàn)今的南美洲、非洲、馬達加斯加島、阿拉伯半島、印度半島、斯里蘭卡島、南極洲、澳大利亞和新西蘭。它們均形成于相同的地質(zhì)年代，巖層中都存在同種的植物化石，被稱為岡瓦納巖石。杜托特用以證明勞亞古陸和岡瓦納古陸的存在和漂移的主要證據(jù)，是來自地質(zhì)學、古生物學和古氣候?qū)W方面。

??根據(jù)三十多年中積累起來的資料，有力地證明岡瓦納古陸的理論基本上是正確的。

勞亞古陸是歐洲、亞洲和北美洲的結(jié)合體，這些陸塊即使在現(xiàn)在還沒有離散得很遠。勞亞古陸有著很復雜的形成和演化歷史，它主要由幾個古老的陸塊合并而成，其中包括古北美陸塊、古歐洲陸塊、古西伯利亞陸塊和古中國陸塊。

??在晚古生代(距今約3億年前)這些古陸塊逐步靠擾并碰撞，大致在石炭紀早中期至二疊紀(即2億至2億7千萬年前)才逐步閉合。古地質(zhì)、古氣候和古生物資料表明，勞亞古陸在石炭~二疊紀時期位于中、低緯度帶。在中生代以后(即最近的1億-2億年間)勞亞大陸又逐步破裂解體，從而導致北大西洋擴張形成。

??研究表明，全球新的造山地帶的形成和分布，都是勞亞古陸和岡瓦納古陸破裂和漂移的構(gòu)造結(jié)果。在這過程中，大陸巖塊的不均勻向西運動和離極運動的規(guī)律十分明顯?？偟目磥?，勞亞古陸曾位于北半球的中高緯度帶，岡瓦納古陸則曾一度位于南半球的南極附近;這兩個大陸之間由被稱為古地中海(也稱為特提斯地槽)的區(qū)域所分隔開。

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在杜托特(1937年)提出勞亞古陸與岡瓦納古陸理論之前，魏格納(A。L。Wegener)早在1912年曾提出了地球上曾只有一個原始大陸存在的理論，稱為聯(lián)合古陸。魏格納認為，它是在石炭紀時期(距今約2。2億-2。7億年前)形成的。

??魏格納把聯(lián)合古陸作為他描述大陸漂移的出發(fā)點。然而根據(jù)人們現(xiàn)在的認識，魏格納所提出的聯(lián)合古陸決不是一個原始的大陸。雖然仍有很大一部分人贊同聯(lián)合古陸觀點，但他們所做出的古大陸復原圖與魏格納所提出的復原圖相比，已存在很大的差別，相反倒有些接近杜托特的兩個古大陸分布的理論。

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最近2億年以來的大陸漂移和板塊運動，已得到了確切證明和廣泛的承認。然而有人推測，板塊運動很可能早在30億年前就已經(jīng)開始了，而且不同地質(zhì)時期的板塊運動速度是不同的，大陸之間曾屢次碰撞和拼合，以及反復破裂和分離。大陸巖塊的多次碰撞形成了褶皺山脈，并連接在一起形成新的大陸，而由大洋底擴張形成新的大洋盆地。

??因此，要準確復原出大陸在2億多年前所謂的漂移前的漂移是十分困難的。地球的年齡已有46億年歷史，目前已經(jīng)知道地球上最古老的巖石年齡為37億年，并且分布的面積相當小。這樣，從46億年到37億年間，約有9億年的間隔完全缺失地質(zhì)資料。此外，地球上25億年前的地質(zhì)記錄也非常有限，這對研究地球早期的歷史狀況帶來不少困難，因此，直到現(xiàn)在我們還沒有一個關(guān)于地球早期歷史的統(tǒng)一的理論。

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地球的起源還應當追溯到與生命有關(guān)的元素及化學分子的起源。因而，生命的起源過程應當從宇宙形成之初、通過所謂的“大爆炸”產(chǎn)生了碳、氫、氧、氮、磷、硫等構(gòu)成生命的主要元素談起。 大約在66億年前，銀河系內(nèi)發(fā)生過一次大爆炸，其碎片和散漫物質(zhì)經(jīng)過長時間的凝集，大約在46億年前形成了太陽系。

??作為太陽系一員的地球也在46億年前形成了。接著，冰冷的星云物質(zhì)釋放出大量的引力勢能，再轉(zhuǎn)化為動能、熱能，致使溫度升高，加上地球內(nèi)部元素的放射性熱能也發(fā)生增溫作用，故初期的地球呈熔融狀態(tài)。高溫的地球在旋轉(zhuǎn)過程中其中的物質(zhì)發(fā)生分異，重的元素下沉到中心凝聚為地核，較輕的物質(zhì)構(gòu)成地幔和地殼，逐漸出現(xiàn)了圈層結(jié)構(gòu)。

??這個過程經(jīng)過了漫長的時間，大約在38億年前出現(xiàn)原始地殼，這個時間與多數(shù)月球表面的巖石年齡一致。 生命的起源與演化是和宇宙的起源與演化密切相關(guān)的。生命的構(gòu)成元素如碳、氫、氧、氮、磷、硫等是來自“大爆炸”后元素的演化。資料表明前生物階段的化學演化并不局限于地球，在宇宙空間中廣泛地存在著化學演化的產(chǎn)物。

??在星際演化中，某些生物單分子，如氨基酸、嘌呤、嘧啶等可能形成于星際塵?；蚰鄣男窃浦?，接著在行星表面的一定條件下產(chǎn)生了象多肽、多聚核苷酸等生物高分子。通過若干前生物演化的過渡形式最終在地球上形成了最原始的生物系統(tǒng)，即具有原始細胞結(jié)構(gòu)的生命。至此，生物學的演化開始，直到今天地球上產(chǎn)生了無數(shù)復雜的生命形式。

?? 38億年前，地球上形成了穩(wěn)定的陸塊，各種證據(jù)表明液態(tài)的水圈是熱的，甚至是沸騰的?，F(xiàn)生的一些極端嗜熱的古細菌和甲烷菌可能最接近于地球上最古老的生命形式，其代謝方式可能是化學無機自養(yǎng)。澳大利亞西部瓦拉伍那群中35億年前的微生物可能是地球上最早的生命證據(jù)。

?? 原始地殼的出現(xiàn)，標志著地球由天文行星時代進入地質(zhì)發(fā)展時代，具有原始細胞結(jié)構(gòu)的生命也開始逐漸形成。但是在很長的時間內(nèi)尚無較多的生物出現(xiàn)，一直到距今5。4億年前的寒武紀，帶殼的后生動物才大量出現(xiàn)，故把寒武紀以后的地質(zhì)時代稱為顯生宙。 在中世紀的西方，《圣經(jīng)》上描繪的上帝，在七天之內(nèi)造就萬物之說，也是非常流行。

??今天看來，生命起源并不像這些古老傳說，或神話描繪的那樣，但表明了人類長期以來，對生命起源之謎傾注了極大地熱情和關(guān)注。但生命起源應該是怎樣發(fā)生的?科學又是怎樣對這一千古之謎進行探索的?我們已經(jīng)取得了哪些進展?還有哪些問題沒有解決? 首先，生命起源之說，第一個謎是生命的時間，起源的時間問題。

??在中世紀的西方，人們對《圣經(jīng)》的上帝造人的故事是深信不疑的，在1650年，一位愛爾蘭大主教根據(jù)圣經(jīng)上所描述的，計算出上帝創(chuàng)世的確切時間是公元前4004年，而另一位牧師甚至把創(chuàng)世時間更加精確地計算到公元前4004年10月23號上午九點鐘。也就是說，生命起源距今的話，是六千年前，這當然不是真的，而真的是什么呢?真的就是用科學的回答，科學是怎么回答這個生命起源的時間呢?那就是說用化石，是保存在巖石中的化石來回答。

??我們知道，生物死亡后，它們的遺跡在適當?shù)臈l件下，就保存在巖石之中，我們把它們稱作化石。地質(zhì)歷史中形成的巖層，就像一部編年史書，地球生物的演化歷史，就深深埋藏在這些巖石之中，年代越久遠的生物化石，就保存在巖層的最底層。 迄今為止，我們發(fā)現(xiàn)了最古老的生物化石是來自澳大利亞西部，距今約三十五億年前的巖石，這些化石類似于現(xiàn)在的藍藻，它是一些原始的生命，是肉眼看不見的。

??它的大小只有幾個微米，到幾十個微米，因此我們可以說，生命起源它不晚于三十五億年。同時我們知道地球的形成年齡大約在46億年前，有這兩個數(shù)據(jù)我們就可以看到生命起源的年齡，大致可以界定在46億年到35億年之間。今天，隨著科學的發(fā)展，地質(zhì)學家認為，在地球形成的早期，地球受到了大量的小行星和隕石的撞擊，它是不適合生命的生存。

??與其說當時地球上有生命，還不如說它在毀滅生命，因此地球上生命起源的時間，它不早于40億年。另外，在格陵蘭的38。5億年的巖石中發(fā)現(xiàn)了碳，這個碳的話，我們知道，碳分兩種，一個無機碳，一個有機碳。另外，這個碳的話，它有重碳和輕碳之分，因此我們可以根據(jù)這個碳之中的輕碳和重碳之比，就來可以推測這些碳的來源。

??科學家根據(jù)碳的同位素分析，推測這些碳它是有機碳，是來源于生物體。也就是說，這樣我們把生命起源的時間大大縮短了，也就是在距今40億年到38億年之間，自從地球上生命起源之后，一直到現(xiàn)在45億年，就是生生不息的生命演化史。