了解地球45亿年“五颜六色的演化史”—— 从黑地球蓝地球到红地球白地球绿地球

       作者：苗德岁

       自18世纪以来，从科学角度讲述地球的故事，已经被无数人反复尝试过。其中，詹姆斯·哈顿堪称是最早的讲述者，由于他讲故事的能力太差，其划时代巨著《地球理论》几乎不忍卒读，可算是一次可贵但失败的尝试。

       直到40多年后，查尔斯·莱尔的《地质学原理》问世，才使世人了解到无比精彩、令人信服的地球的故事。如果不是这两位先驱者的卓越贡献，人们或许依然相信地球只有6000多年历史的说法。19世纪是地质学和博物学的黄金时代，那时的伦敦地质学会聚集了一批讲述地球故事的高手，他们大多是像达尔文一样的“绅士科学玩家”。

       其后一个多世纪间，地球科学有了长足的进展，从魏格纳提出“大陆漂移”假说，到20世纪中叶日臻成熟的板块构造学说，先后引出了一批颇为精彩的地球故事书，我最推崇的是剑桥大学出版社1985年出版的《对旧星球的新观察：大陆漂移与地球历史》。该书由斯坦福大学地质学教授范·安德尔所著，至今已多次重印再版，简明扼要、生动有趣地描述和总结了上个世纪地球科学革命发展的脉络。

       时隔近30年，由企鹅旗下的维京出版社2012年推出的这本《地球的故事》，使我们对地球历史（包括生命的起源与演化），有了全新的认识。

       作者罗伯特·哈森不愧为讲故事的行家里手。这本书从大约138亿年前的宇宙大爆炸开始说起，迅速转入约45亿年前地球如何在“初生”太阳周围的“混沌”星云中脱颖而出，成为太阳系中八大行星之一。尤其重要的是，地球在太阳系中占据了一个十分特殊的位置——它是从内到外的第三颗行星。

       由于它跟太阳保持着“若即若离”的适当距离，意味着刚好接受了适度的太阳能（即光和热），使地球上的平均气温能维持在冰点与沸点之间。换言之，离得更近或者更远，这两种情形都不适宜地球上绝大多数生物生存。由此可见，占据什么样的位置，无论在人类社会还是在自然界乃至宇宙中，均至关重要。

       为了占据这个独特的位置，原始地球跟忒伊亚——一颗原本会成为行星的天体，发生过一次“玉石俱焚”式的大撞击，结果是地球虽然“抢占”了如今的地盘，却失去了相当大一部分地壳和地幔，不仅弄得“遍体鳞伤”，而且变得不再对称。

       忒伊亚的残骸与原始地球被撞飞的物质汇集到一起，形成了地球的卫星——月球：这一大撞击事件发生于地球形成后大约5000万年。由于作者参与了阿波罗号所采集的月岩研究，这一段故事写得栩栩如生。

       紧接着，哈森介绍，地球年龄5000万年至一亿年间，地球上形成了最早的玄武岩地壳，他用“颜色编码”的方式称之为“黑地球”。

       玄武岩不仅组成了原始地球的外壳，而且是现今海底最丰富的岩石，也是水星、金星、火星以及月球上最丰富的岩石。而较轻的花岗岩则形成了陆地，如果不是花岗岩构成了大陆的话，那么，今天的地球便是由巨大的海洋和众多的玄武岩岛屿（像夏威夷岛链一样）所组成了。

       地球上的海洋形成于地球诞生后的1亿年到2亿年之间。海洋的出现，使黑地球变成了蓝地球。

       同时，海洋的出现使接下来的地球历史变得波澜壮阔。正如作者所指出的，“全球性的海洋一旦形成，就塑造了这颗星球的最外层，它雕刻了陆地，促进了矿物王国日益多样化的演化，并造就了生物圈的起源。水仍然在我们生活的方方面面发挥着神奇的作用，它是矿物资源的集成器，是地表变化的主要因素，也是所有生命的核心介质”。

       哈森是著名矿物学家，在他的笔下，地球的故事变成一串分化的传奇，化学元素分离和聚合、形成新的矿物和岩石、分化出大陆和海洋，并最终分化出现最早的生命。

       花岗岩的出现，是大陆起源的关键所在。这是由于花岗岩成分的岩浆比玄武岩成分的岩浆密度小得多，使得花岗岩漂浮、玄武岩下沉。花岗岩宛若一个漂浮的软木塞，一旦形成，就会留在表面，而不可能俯冲下去。

       这样一来，板块构造不仅产生了一些以花岗岩为根基的岛链，而且还将它们组合成了大陆。这就是我们以人类为中心的观点中，今天所认知到的固体地球。大陆的出现，也使蓝地球变成了作者所谓的灰地球。

       40亿年前的地球与太阳系的其他星球相比起来，可能没有什么太大的不同，从化学组成上看，它只是太阳系里一颗相当普通的行星而已。

       但这种状况很快就发生急转直下的变化，在地球年龄5亿到10亿年间，地球变成了太阳系乃至于整个宇宙间独一无二的存在——生命出现了，灰地球遂变成了“活地球”。

       跟宇宙起源一样，生命起源也是一个从无到有的过程。生命起源看似是令人难以置信的“无厘头”事件，然而，生命细胞元件的各个组成部分以及“生命化工厂”的“工艺设备”条件，在原始地球上有迹可循，并一步一步地缓慢发展起来。

       早期生命大分子的建筑模块，诸如氨基酸、脂类、糖等，其构成大多是以多功能的碳元素为基础的一些化学物质，它们产生于早期地球上大量的能量（比如闪电、火山活动等）与二氧化碳和水的相互作用。在这种情况下，如果无机质不能演化出有机质、氨基酸不能演化出细菌来，反倒令人费解了。

       20世纪初，两位天才科学家奥巴林与赫尔丹分别提出“原始汤”假说。他们认为，由于早期地球的原始大气圈缺氧，在闪电和强烈紫外线激活下，十分有利于其他气体合成氨基酸（即生命大分子的建筑模块）。

       他们这一假说，不久被米勒和尤里在实验室里验证，在20世纪50年代初，这曾是轰动世界的科学实验和发现。然而，在本书中哈森却讲述了完全不同的故事。

       哈森提出了生物大分子与岩石矿物晶体之间的“协同进化”产生了地球上最早生命的假说。

       最早的单细胞生命可能出现于大约38亿年前，早期生命的光合作用向大气圈释放出大量的游离氧，与土壤中丰富的二氧化铁产生化学反应，生成的铁锈使地球又变颜色——成了红地球，这就是地球史上最著名的大氧化事件。

       海洋含氧量的增加仍需很长时间。在地球年龄27亿至37亿年之间，出现了长达10亿年（距今18.5亿至8.5亿年前）的地质与生物演化相对停滞的时期，因此，此间的地球被作者称作“闷地球”。值得一提的是，大约4500种陆相矿物中，2/3新矿物种类都是在这一期间形成的。

       从距今约8.5亿年开始，在其后的数亿年间，地球一反前10亿年间的“无聊”状态，经历了地球史上最为迅速和极端的近地表波动，发生了最严酷的古气候事件，即全球性冰期事件，又称为新元古代雪球地球事件。它极大地改变了地球表层环境，为生命演化开启了新的机会。这个时期的地球被哈森称作白地球。

       雪球地球事件之后，地球上出现了最早的真核生物，新元古宙的极端气候直接导致了又一次大气氧气的空前增加，为第一批动植物在陆地上定居铺平了道路。

       发生在大约5.4亿年前的“寒武纪生命大爆发”，开启了现今地球生物多样性的先河，并预示了陆地生物圈的崛起，堪称地球与生命演化史最为精彩的一幕。我们的地球很快就变成今天这样的绿地球，余下的皆是我们所熟悉的地球故事了。