Question

海洋的演化是怎样的？

Answer 1

地球及其海洋的演化的故事无疑是世界上最伟大的奇事、肥皂剧和灾难电影的汇演。地球就是演出的大舞台，而古代和现代的生命的所有形式扮演着舞台上的角色。故事开始于一个奇异陌生的环境，地面受到小行星剧烈的碰撞，猛烈的火山不断喷发，频发的大地震撕扯着陆地。间或寒冷的气温使地球突然陷入严寒，其余的时候这个星球倒是适于生活的温暖舒适的地方。当大陆发生漂移、相互碰撞或相互分离时，海平面将发生升降变化，在这个壮观一幕中的角色也随之发生变化。有时它们形态相似，有时却又是迥然不同的生命体。在使生物发生灾变的事件中，新的角色出现了，而原来的个体有的受到了致命性的伤害，有的则被新的居统治地位的种类所取代。在整个故事中，一个不变的因子贯穿着大部分阶段，这就是：海洋存在着并孕育着生命。海洋和她的居民在地球的发展和生命的演化中起着重要的作用。我们人类相当于这个故事近尾声时的一瞬。但是通过追寻海洋与生命的演化过程和地球不断变化的历史，我们对我们这个动态的星球、对生命的脆弱以及我们人类自身的起源有了深入的了解。这是每个人都应该知道的一个故事，因为从中真实地透视出我们人类自身的渺小，以及我们可能对地球产生的巨大影响。

在开始追述历史的航行前，重要的是记录下来地球的历史是怎样拼合起来的，以及为什么其中一些片段谜一样地缺失了。我们利用现代科技可以把孩子们的成长过程录下来，以便将来一天他们可以看到自己的出生和成长。遗憾的是，地球和海洋的形成和演化过程没有录像。科学家们只能从古老的岩石、化石和其他行星中寻找线索，重现地球和海洋的历史。比如我们对地球形成的了解，基本上是得自于对星际碰撞、陨星、古老的陨石坑和惰性气体的研究。这些惰性气体如氙、氪、氩在太阳上含量丰富，在地球上却很稀少。

科学家们在研究古地球、海洋和早期海洋中的生命时所遇到的难题是现代海洋采样的难度所无法相比的。逻辑上，有关早期海洋和原始海洋中生命的最佳信息应来自于海底的沉积物和埋藏的化石。然而当我们探讨了海洋的地质情况、海底扩张和洋壳在深海沟的消亡后，我们发现洋壳在不断地再生循环着。虽然地球有几十亿年的历史，但现代海洋里最老的沉积物和岩石的年龄只有一亿八千万年左右。幸好大陆板块没有发生显著的再循环，高山的岩石中经常含有被抬升于海面之上的古老的海洋沉积物和化石。但是岩石和化石记录远不够完整，常常比较分散，使解译变得比较困难。

几个世纪以来，科学家们在大陆、海洋甚至外层空间搜寻能解答地球演化之谜的星星点点的证据。本文对星际演化的阐述中，由于篇幅所限，只包括了一部分解译地球历史的化石和岩石的描述。

另一个将简要提及但却更为重要的信息来源是深海钻探计划（DSDP）以及其后继者大洋钻探计划（ODP）。这两个计划是国际上空前的一次科学家、技术人员和管理者的大合作，其目的就是从深海底采集沉积物和岩芯样品。这些深海孔资料曾经为板块构造、海平面变化和全球气候变化研究提供了一些最为重要的丰富的科学数据。

地球大约有45亿年的历史，地球演化发生的时间尺度通常是几十亿年、几百万年和几十万年的数量级。但是我们往往以人的一生的长短来考虑时间尺度，数量级是一百年，细分后还有年、月、星期、小时和分钟这样的时间片段。地质学家利用岩石研究地球的历史时，意识到对应于地球演化阶段建立一种参考时间的方法的必要性，所以他们建立了地质年代表。

地质年代表中世代的划分基于某些化石或化石群的出现和消失。起初，地质年代被划分为有生命时代和无生命时代两个部分。近几十年来，研究发现原始生命开始的时间要比以前认为的要早的多，因此改变了最初的年代划分系统。根据现在的分类，地球历史的最早时期称为前寒武纪，从45亿年前到大约5.5亿年前，这段时期生物的演化还不足以留下丰富的化石。从寒武纪开始（约5.5亿年前），划分出古生代、中生代和新生代，分别代表古代生物、过渡时期生物和现代生物的时代。

海洋的诞生

在地球早期的生长过程中，巨大的星际碰撞有规律地发生着，把大量的尘埃释放到大气中，遮住了所有的阳光，使地球陷入彻底的黑暗中。彗星、大量凝固的气体和冰块以及小行星撞击着地球，猛烈的风暴在地球上肆虐。巨大的撞击和不断的火山喷发产生的大爆炸使埋藏于岩石中的水和气体释放到大气中。这时的大气，条件恶劣，密度很大，由二氧化碳、水蒸气、氮气和其他几种气体组成。尘埃、蒸汽和火山灰形成的黑云笼罩着天空，狂雷巨闪划破黑暗，炽热的岩浆海在地面上沸腾着、激荡着。早期地球的黑暗让人无法想像它会变成一个蓝色的星球。

科学家们利用一种新技术来估测地球诞生的时间：放射性测年。地球上所有的元素由于它们原子核内的中子和质子数的不同，而有一定的原子量。一些元素如铀、镭、钾和碳，由于同一种元素的原子核内中子数不同而有几种不同的表现形式，称为元素的同位素。同位素原子量虽然不同，但它们的化学性质是相同的。一些同位素不稳定，具有放射性。放射性同位素以一定的速率衰变，衰变速率称为半衰期。元素的半衰期就是这种元素从原始质量衰变到一半时所花费的时间。如果地质学家知道了某种元素的半衰期，他们就可以通过测定每体和子体（衰变的产物）的质量来计算岩石的年龄。例如，碳有三种同位素：两种是稳定的（碳12和碳13）；一种是不稳定的，即具有放射性（碳14）。当碳14衰变时，放出热量，生成氮14。碳14的半衰期是5570年，也就是说，在某种物质中的碳14需要花5570年的时间使一半的碳14转变为氮14。地质学家们可以通过测定现在岩石中碳14和氮14的量，来估计岩石的年龄，这就是碳测年法。

科学家们认为陨石和地球具有相同的年龄，通过对陨石进行放射性测年，得出陨石已经有45亿岁了。现在，科学家们认为地球在早期形成过程中受到一个巨大的小行星撞击，使地球的一部分脱离出去，形成了月球。所有的月球岩石的测年结果都略小于45亿年。古陨石坑，尤其是月球表面上的古陨石坑中的岩石的测年结果表明，大约45亿年前，地球已经长到了现在的大小，彗星和小行星的撞击频率开始减慢。

到44亿年前，撞击的减少使岩浆海的活动减弱，地球的表面开始冷却，慢慢地，冷凝的岩浆形成一层薄而黑的地壳覆盖着地球。虽然行星撞击和火山喷发时不时地把地壳撕开，把炽热的岩浆喷向天空，但是，随着撞击的不断减少，冷却的不断进行，地球表面形成了越来越厚的地壳。冷却使大气中的水蒸气冷凝，水滴以降雨的形式落到地面上。不久，暴雨冲刷大地，形成了第一个水的海洋。这时的海水是酸性的，而且非常热，水温大概有100℃（212°F）。火山喷发和大量的降雨把一些元素带入海洋中，使海洋稍稍有一点儿盐度。环绕地球的大气仍充满着二氧化碳，并且密度大，具有腐蚀性。随着越来越多冷凝水的形成，阳光开始穿透黑云。这时海的周围矗立着高高的环形山，但水的侵蚀力量是巨大的，凶猛的洪水冲出深谷，冲蚀着山峰。最近的几次小行星撞击使海洋产生了滔天巨浪，海啸席卷了整个地球。因为那时的月球更接近；地球，所以海洋中的潮汐作用很强。

大气中的二氧化碳开始溶入海洋，与海洋中的碳酸根离子结合形成碳酸钙或石灰石。随着沉积在海底的石灰石越来越多，大气中的二氧化碳逐渐减少，天空变得明亮起来。碳酸钙调节着海洋的酸性，使海洋的化学环境略带苦涩，其作用就像胃酸过多的人服用的抗酸药物一样。太阳的辐射增加，使地球的温度上升，大量的水从海洋中蒸发出来，使海平面下降，露出许多陆地。在雨水和河流的风化作用下，更多的矿物质从新的陆地进入海洋，海洋的盐度开始上升。

在这一时期，地球上的气候变化可能异常剧烈，同时火山喷发、地震海啸仍不断改造着地球表面。一些科学家认为，在这段时期，灾难性的小行星碰撞仍时有发生，海洋以几十年为周期不断地蒸发着、改造着。