地球的大氣圈(水圈、生物圈)是怎麼形成的?

了了愛抹茶


人類最古老的問題之一是地球是如何形成的。但是,沒人知道確切的答案。首先,根據最佳估計,它發生在45億年前,在任何生命出現之前。因此,沒有目擊者的描述和其他證據。唯一的根據就是查看地質記錄或者恆星來得到我們的答案。雖然我們可能沒有完整的圖像,但是可以從恆星是如何誕生開始說起。


就像地球和其他行星的形成一樣,恆星需要很長時間才能誕生。恆星本質上是由太空中的氣體雲形成的,我們將這些稱為星雲。隨著時間的推移,重力導致氣體原子和太空塵埃開始聚集在一起,這些氣體聚集的質量增加,重力也隨之增強。可能需要數百萬年的過程,重力導致氣體,主要是氫,在核反應中融合,並形成了恆星。

地球的形成是在太陽形成的初始階段之後。我們通過觀察和其他間接的證據知道,還有剩餘的氣體和較重的元素。太陽的引力有助於將這些殘留物壓平成一個圓盤,並開始將它們融合在一起。這創造了無數的小行星,它們後來組成了行星,這些小行星發生碰撞以後,產生更大的質量,地球最終就是以這種方式形成的。


現在我們需要知道核聚變最終會產生更重的元素,如碳和鐵,這些元素將構成年輕地球的重要部分。來自元素放射性衰變的壓力和熱量以及大規模碰撞的餘震導致地球融化。隨著時間的推移,地球表面變冷,變成了地殼。然而剩下的熔融層成為了我們的地幔和地核。這個巨大地下岩漿的流動導致火山噴發釋放氣體,從而產生了大氣和海洋,開始水循環。地球的形成只是開始,我們仍然可以看到地球通過侵蝕和板塊構造逐年變化。

一些科學家認為生命是在我們的地球環境足夠穩定以提供生存環境的那一刻出現的。大約40億年前,第一批單細胞微生物經過幾億年的進化,又形成了多細胞生物,這些多細胞生物又進一步進化,最終形成了豐富多樣的海洋生物,有一天,一部分海洋生物從海洋爬到了陸地上,又開始了新的征程。


未解謎之屋


拋開具體過程,還真有點像我國神話中上古巨人盤古的傳說,盤古開闢天地,“清輕者上浮,重濁者下沉”,大氣圈、水圈、岩石圈以密度排列,地球中央是密度大總量多的鐵鎳。

地球的構成和地球在太陽系中的位置,是巧合但也不特別巧合,一切得從太陽說起。太陽石太陽系唯一一顆恆星,50億年前誕生於一片星雲,佔據了星雲中絕大多數的質量,同時外圍形成眾多小天體,太陽因為質量大引力大,攪動整個太陽系,使這片星雲中的物質圍繞著太陽運轉,主體的恆星和八大行星在一個螺旋狀的軌道上航行,以太陽的視角看則是一個扁平的軌道。

而太陽爆發的恆星風暴驅動著太陽系中較輕的物質或物質團塊向太陽系較外側的地方運動,形成了圍繞太陽的球狀星雲,內側則是八大行星盤狀結構。這樣的恆星系統在宇宙中並不少見,如今已經探測拍攝到系外星系的初期模式,和原來科學家們的推測是一致的。

八大行星是伴隨著太陽誕生的,原本可能有一百顆原始的行星,相互碰撞集合成了如今的八大行星,早期由於太陽風暴的影響較輕的物質被推離到太陽系外側,內側則留下了一些較為沉重的物質,因此太陽系天體構成了內側岩石行星外側氣態巨行星的模式,主要是因為越是靠近太陽太陽風暴越是強烈,越不利於氣態物質的存在。而地球的位置比較巧合,與太陽的距離不遠不近,而地球的引力又足夠,使得地球保持了大量的大氣,相似的還有金星,而火星引力小大氣層十分稀薄,水星離太陽太近更是沒有大氣層,只有很稀薄的散逸層。大氣、水、岩石以密度排列,大氣位於最外層,水位於中央,岩石位於最內側。正所謂清輕者上浮,重濁者下沉,其實是古人觀察得出的結論,氣體當然要清且輕。

地球如今環境適宜,但在地球剛形成的時候可不是這樣,由於碰撞餘波,地球十分炙熱,而大氣也因為地質活動變得稠密,稠密的大氣更容易發生劇烈的閃電等現象,閃電作為能量的來源之一催動著小分子物質的碰撞反應,慢慢地形成了有機物,有機物的互相反應形成了核酸和蛋白質(原始湯理論假說),上圖的實驗證實了這種猜想中,無機物可以轉變為有機物。而核酸和蛋白質,這兩種物質構成了生命的基礎,如今所有已知的生物都由這兩種物質構成,蓋因早期生命獲得了繁殖的能力,而核酸會不斷突變,輻射演化產生了如今的所有物種。不過奇怪的是地球上的生命只這一次起源,卻沒能形成其他類型的生命,起碼碳基的構造要有較大差別,可如今的地球生物核酸或者蛋白的作用模式都是一致的。

生命起源的另一種重要假說是深海熱泉系統,熱泉將地球內部的物質源源不斷地帶出來,熱量催動物質反應形成了生命。而熱泉中有很多酸鹼或者重金屬物質,所以熱泉周圍的微生物的抵抗能力很強,能適應酸鹼重金屬等極端環境,這種生物向更多、抗性偏差的生物種類轉化容易,普通生物適應極端環境卻比較難。


來看世界呀


小行星撞擊是地質變化的動力。

岩石圈、水圈、生物圈、大氣層都是小行星環反覆撞擊形成的。




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