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自生命诞生以来,我们的家园究竟经历了什么

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  • 时间:2023/4/10 15:06:22

来源:不列颠百科全书,翻译:炸鸡男。后台回复“寒武纪”阅读英文原文

大约5亿5千万年前,生命的鼻祖诞生在海洋之中。

自生命诞生以来,地球村经历了数次大陆的合并、分离。与之相伴的是,火山的超级喷发,超级地震、超级海啸早已是家常便饭。

人们常说的印尼火山喷发、海啸未免自惭形愧,不敢班门弄斧。须知道,如今的喜马拉雅山只不过是无数次造山活动的开胃小菜。

无数次气候环境的巨大变化,也造就了生物族群多彩缤纷的地球往事。

双翅长达一米四的蜻蜓,恐龙曾在南极洲昼夜漫步、两极冰川全部融化,当然也有不止一次的物种大灭绝……

提及“死”这个字眼,多数人犹抱琵琶半遮面,唯恐避之不及。

然而,当看到曾经的地球霸主之一——恐龙也会灭绝,对于离世也有些许“坦坦荡荡”,尤其是那些经历过死亡的人群。

人类这个万物之灵没有什么特殊,同样是“寄蜉蝣于天地,渺沧海之一粟”,早晚都会灭绝。

作为个体唯一能做的是,“路漫漫其修远兮,吾将上下而求索”。毕竟,活出自我才是自己的人生,没有人能对我们的人生负责。

在地球科学领域,多数学者将可见生命时代成为显生宙。一般而言,显生宙又分为三个时代,主要依据化石发现的不同生命形式:古生代(5亿万到2亿万年前),中生代(2亿百万到万年前),新生代(万年前到现在)。

每一个时代又可以分为12个不同时期。在每个时期,地壳孜孜不倦地重复着大陆漂移、板块儿碰撞、造山造地、冰川降生等沧海桑田的进程,不同构造稳步推进。

虽然显生宙仅代表自地壳形成以来的1/8的时间,但其重要性远远超过其相对较短的时间。在此期间,地球的生态圈在快速演变,生物大规模灭绝事件曾屡次出现。

这些早期生命形式的后代则是今天存在的植物,动物和其他生物,乃至万物之灵人类也是其中的一份子。

Cambrian(寒武纪)Period:millionto.4millionyearsago

(图:寒武世晚期地理——大陆分布,板块构造,冈瓦纳大陆,劳伦提大陆)

——改编自德克萨斯大学阿灵顿分校的C.R.Scotese

寒武纪不仅和今天的地球有许多不同之处,而且在气候、地理、生活等方面也和远古宙(25亿至5.41亿年前)迥然相异。在新远古代时期(10亿至5亿百万年前)的全球平均气温比今天的全球平均气温(约14°C)。然而,寒武纪时间的全球平均气温较高为22°C。

早在新元古代开始之前,地球就经历了一个大陆缝合的时代。在那时,所有的大陆组织成了罗迪尼亚超大陆(Rodinia)这个超级大陆。罗迪尼亚在十亿年前已经完全形成,而且与盘古大陆(Panamian)(二叠纪后期形成的超大陆)大小相当。

在寒武纪之前,罗迪尼亚大陆分裂了一半,太平洋在北美以西的地区形成。在寒武纪中后期,裂谷作用(类似于东非大裂谷)形成了劳伦古陆(由现今的北美和格陵兰组成)、波罗地大陆(由现今的西欧和斯堪的纳维亚半岛)、西伯利亚大陆(西伯利亚荒原)。

此外,还有冈瓦纳古陆组成的超大陆(他由今天的澳大利亚、南极洲、印度、非洲和南美洲组成)。

寒武纪开始之前,海平面上升,一些大陆淹没。这次洪水,加上寒冷的寒武纪气温、地球地理环境的图片等众多因素,她们对地壳侵蚀速度的增加,进而改变了海洋的化学元素。

最为明显的结果是海水中氧元素含量的增加,这也为生命的诞生、崛起一级后来的多样化奠定了坚实的基础。这一事件被称为“寒武纪生命大爆发“,它出现了许多现代动物的祖先。

在寒武世早期,生物圈的大部分被限制在世界的海洋边缘,陆地上还是一片荒凉(只有在潮湿的沉积物中可能有蓝藻存在除外);辽阔的海洋中心也不容乐观,生命极为稀少。更别说在黑不见底的海洋深处了。

然而,海底浅层地区的生命已经非常多样化,在这个早期的水生生态系统包括:较大的肉食动物、三叶虫、软体动物、海绵和清道夫节肢动物。

Ordovician(奥陶纪)Period:.4millionto.4millionyearsago

(图:奥陶纪——古生代,古生代,地质年代学,地质年代学,)

——来源:国际地层委员会(地层学)(ICS)

在奥陶纪的几千万年中,板块构造、气候、生态系统又发生了重大变化的时期。海脊的快速海底扩张导致显生宙(在寒武纪开始时)产生了全球最高的海平面。

最终结果是,大陆被淹没到了前所未有的水平,有些大陆几乎全部处于大洋之下。而她们也成为了保存海洋动物化石遗迹、沉积物的毯子。

据科学家们估计,那时的二氧化碳水平比今天要高出几倍,从赤道到两极的一片温暖;然而,在这个时期结束的时候,南半球的大部分时间重新出现了大量的冰川。

奥陶纪也被称为“奥陶纪辐射”——海洋动物生物多样化(物种数量的快速增加)。这一事件导致了几乎每一个“现代门”(有相同身体计划的生物群)在它结束的时候,海洋无脊椎动物以及各种鱼类的崛起。

奥陶纪的海洋充斥着各种各样的无脊椎动物,比如腕足动物(灯壳)、苔藓虫(苔藓动物)、三叶虫、软体动物、棘皮动物以及笔石(小型浮游动物)。而在陆地上出现了第一批植物,以及可能是第一次登陆的节肢动物。

地球历史上发生的第二大大灭绝事件发生在该期末,约占所有奥陶纪物种的85%都消失。一些科学家认为,在这个时期结束时的冰河泛滥,导致了物种的大灭绝。

Silurian(志留纪)Period:.4millionto.2millionyearsago

(图:志留纪早期——珊瑚虫孔虫群落,地质年代学)

——来自W.S.的E.WinsonMcKerrow(主编)“化石生态学”,GeraldDuckworth&CompanyLtd

在志留纪期间,陆地海拔比现在低得多,相应地全球海平面也高得多。由于奥陶纪晚期冰川的融化,海平面急剧上升。这促使全球气候条件发生变化,许多动物群得以从奥陶纪晚期的物种灭绝中恢复过来。

几大洲的大片地区被浅海所淹没,丘陵式的珊瑚礁非常普遍,各种鱼类也是如此。在志留纪期间,有关植物开始在沿海低地蔓延,而内陆几乎仍然是生命的荒芜之地。

志留纪海底的生物礁包含腕足、腹足动物(含有当今蜗牛和小毛虫的软体动物类)、海百合类(含有现今海葵和羽毛星的棘皮动物)和三叶虫。同时,还出现了无颌总纲的各种各样的鱼(如原始下颌的鱼)。

在此期间,劳伦古大陆(在加拿大北极地区、育空河、宾夕法尼亚州、纽约,也广泛地呈现出不同的地方特色、尤其是苏格兰),波罗的海(特别是挪威和爱沙尼亚)和西伯利亚(包括蒙古)。

Devonian(泥盆纪)Period:.2milliontoaboutmillionyearsago

(图:早泥盆世时期的大陆,山区,浅海和深盆地的分布)

——改编自德克萨斯大学阿灵顿分校C.R.Scotese

泥盆纪时期有时也被称为“鱼类时代”,因为这些生物游弋在泥盆纪的海洋中,种类繁多,而且在有很多别具特色的类型。森林和盘旋含壳海洋生物被称为菊石首先出现在泥盆纪早期。

在这个时期的晚些时候,出现了第一只四足两栖动物,表明脊椎动物对土地的殖民化。泥盆纪的大部分时间里,北美、格陵兰和欧洲组成一个北半球陆地——一个称为“Laurussia或Euramerica”的小超大陆,但海洋覆盖了大约百分之八十的泥盆纪地球。

由于冰盖的证据有限,多数学者认为此时的气候是温暖、平和的。在这一时期,海洋又经历了减少溶解氧水平的事件,这导致许多物种的灭绝——大约70-80%的物种灭绝,特别是海洋动物。随着物种多样化时期的到来,这些灭绝物种的后代填补了物种灭绝的栖息地所产生的真空。

Carboniferous(石炭纪)Period:.9milliontoabout.9millionyearsago

(图:石炭纪时期——古生代、地质年代表及地质年代学)

——来源:国际地层委员会(地层学)(ICS)

石炭纪时期分为两大部分:密西西比子时期(3亿万年前到3亿万年前)和宾夕法尼亚州子时期(3亿万年前到2亿万年前)。

早期石炭世密西西比世界地理的分布态势是劳伦西亚大陆(北半球的一系列小陆地由现今的北美、西欧通过乌拉尔(Ural)和巴尔干-斯堪的那维亚)、冈瓦纳大陆(由当今南美洲、非洲、南极洲、澳大利亚和南半球的印度次大陆所组成的庞大陆地)。

在此期间,特提斯海从冈瓦纳大陆完全分离了拉罗尼亚南缘。然而,在石炭世晚期(宾夕法尼亚时代),劳伦西亚的大部分地区已经融合到了冈瓦纳,并且封闭了特提斯海。

石炭纪是一个多样的海洋无脊椎动物的时代。在海底栖息的物种以海百合类为主以及一群棘皮动物(无脊椎动物,其特征是棘,棘覆盖或皮肤)——她们今天仍然存在。

这些有机体的钙质(含有碳酸钙、碳酸盐)是岩石的重要形成材料——那是一个相关的但已经灭绝的棘皮动物群类的贡献。

尽管自泥盆纪以来,陆地上的昆虫就已经存在了,但在石炭纪时期却是多样化的。在宾夕法尼亚州子期期,蜻蜓和蜉蝣尺寸很大。蜻蜓一些最早的祖先的翼展大约为70厘米。

一些科学家认为,石炭纪时期大气中氧含量较高(21世纪初为30%左右,而21世纪初仅为21%),这可能会使这些昆虫发育得如此之大。

另外,在宾夕法尼亚时期的岩石中,能够折叠翅膀种类的昆虫化石,特别是蟑螂、其他宾夕法尼亚时代的昆虫(包括蚱蜢和蟋蟀的祖先形式和第一个陆地蝎子),也是石炭纪海洋生态系统的重要组成部分。

石炭系陆地环境主要由小灌木的灌木丛,整个大陆被超过英尺(30米)高度的树木的植物所支配。在石炭纪的巅峰时期,两栖动物发育和爬行动物也开始出现。

Permian(二叠纪)Period:.9millionto.2millionyearsago

(图:早二叠世时期的专题地图)

二叠纪开始时,冰川广泛分布,纬度气候带强烈发展。整个二叠纪气候变暖,到了晚期,炎热干燥的条件遍布全球,这造成了二叠纪海洋和陆地生命的危机。

剧烈的气候变化可能是由较小的大陆组成的盘古超大陆所导致的。在那时,大部分的地球陆地面积都被纳入了盘古大陆,周围是一个名叫潘塔拉萨的巨大海洋世界。

二叠纪期间,陆生植物日益多样化。随着植物进入新的栖息地,昆虫家族也迅速演变。此外,这一时期首先出现了几种重要的爬行动物谱系,包括那些最终在中生代产生哺乳动物的爬行动物谱系。

地球历史上最大的物种灭绝发生在二叠纪晚期。这次物种灭绝十分彻底,在二叠纪最大生物多样性时期,只有10%或更少的物种存活到二叠纪的末期。

Triassic(三叠纪)Period:.2millionto.3millionyearsago

(图,三叠纪时期海洋动物家族在地质时代的多样性)

三叠纪是整个中生代(尤其是大陆分布、生命演化和生物地理分布)发生的重大变化的开始。在三叠纪之初,几乎所有的主要大陆都被收集到盘古超大陆中。

陆地气候以暖和干燥为主(虽然季节性季风发生在大面积地区),地壳相对静止。然而,在三叠纪末期,板块构造活动起来,开始了大陆裂谷时期。

在大陆边缘,二叠纪末已经缩小的浅海又变得广阔起来。随着海平面地逐渐上升,大陆架水域首次被大型海洋爬行动物、现代珊瑚礁所占据。

三叠纪紧跟在地球历史上最大的物种灭绝之后,在生命恢复地过程中,陆地动物的重要性逐步增加。爬行动物的多样性和数量增加,出现了第一批恐龙,预示着这个群体在侏罗纪和白垩纪时期的巨大辐射。

最后,三叠纪的末期看到了第一批来自爬行动物的哺乳动物-猫科动物-毛茸茸的猫科动物。

另一个大规模灭绝事件发生在三叠纪末。尽管和二叠纪末期的物种灭绝相比破坏性不大,但它确实导致了一些生物种群的大量减少,特别是在原始软体动物中。

原始软体动物已经成为将相对年龄分配到各个阶层的重要化石指标——三叠系岩石。

Jurassic(侏罗纪)Period:.3milliontomillionyearsago

(图:晚侏罗世时期的大陆,山区,浅海和深海盆地的分布)

——改编自德克萨斯大学阿灵顿分校C.R.Scotese教授

侏罗纪是大陆构造、海洋学模式和生态圈发生重大变化的时期。在此期间,盘古大陆分裂,现在的大西洋中部和墨西哥湾也得以发展。而加强板块构造运动,导致火山打喷发、山区形成事件以及不少岛屿和大陆项链。

浅海航道贯穿许多大陆,海洋和边缘海相沉积物也被保存,这就是我们今天看到的一系列不同化石。在侏罗纪时期沉积的岩层底层产生了金、煤、石油等不可再生自然资源。

在侏罗纪早期,陆地和海洋上的动植物从地球历史上最大的一次大灭绝中恢复过来。许多当今重要的脊椎动物、无脊椎生物群在侏罗纪时期首次露面。

繁荣的海洋珊瑚礁生态系统,浅水无脊椎动物群落和大型游泳捕食者(包括爬行动物和鱿鱼动物)等生物尤其多样。在陆地上,恐龙和翼龙是生态圈的霸主。

鸟类的祖先、早期的哺乳动物也出现了,尽管它们还相当微不足道。昆虫种群多样化,植物以裸子植物(裸子植物)为主。

Cretaceous(白垩纪)Period:millionto66millionyearsago

(图:白垩纪恐龙物群家谱)

——由芝加哥大学的PaulC.Sereno()提供

白垩纪是显生宙时代最长的一段,跨越七千九百万年,代表了恐龙灭绝以来发生的时间段。白垩纪的名字来源于克里特,拉丁文是“白垩”,最早由学者J.B.J.提出。

白垩是一种柔软细密的石灰石,主要由石炭纪的盔甲板组成的以及晚白垩世时期繁茂的微小漂浮的藻类。

白垩纪时期,地球大陆主要集中在两大洲:北部的劳伦西亚、南部的冈瓦纳。赤道被特提斯海道几乎完全隔开,而组成劳拉西亚和冈瓦纳的各个板块儿已经开始裂开。

北美刚刚开始在侏罗纪时期从欧亚大陆分离,南美洲也逐渐和非洲越走越远分,印度,澳大利亚和南极洲也从中分离出来。白垩纪时期结束的时候,现在大部分的大陆都被北大西洋,南大西洋等大面积的水分隔开了。在这段时间结束时,印度在印度洋漂流,澳大利亚仍然与南极洲依依不舍。

白垩纪大部分时期的气候比现在温暖和潮湿,这可能和活跃的火山活动、海底扩张速度联系紧密。极地地区没有大陆冰盖,他们的土地被森林所覆盖。恐龙漫游在南极地区,即使漫长的冬夜也是如此。

当时,恐龙是陆地动物的主要物种,特别是山东龙的“鸭嘴龙”恐龙和三角恐龙等有角的恐龙。巨大的海洋爬行动物如鱼类,鱼类和海鞘在海中很常见,飞行的爬行动物(翼龙)占据了天空。

开花植物(被子植物)起源于白垩纪的早期,随着时期的推移变得更加丰富。白垩世早期是海洋生命繁荣的时期。科学家在西欧、俄罗斯东部、斯堪的纳维亚半岛南部、北美墨西哥湾沿岸以及澳大利亚西部发现了沉积厚厚的白鹅。

白垩纪晚期以地球历史上最大规模的物种灭绝之一结束,恐龙,海洋、飞行爬行动物以及许多海洋无脊椎动物在此次灭绝中烟消云散。

Paleogene(古近纪)Period:66millionto23millionyearsago,andNeogene(新近纪)Period:23millionto2.6millionyearsago

(图:第三纪初期,大陆,山区,浅海和深海盆地的分布)

——改编自德克萨斯大学阿灵顿分校的C.R.Scotese教授

古近纪是新生代三大地层划分中最古老的一个。古近纪是希腊文的意思是“古代”,包括古新世(万至万年前),始新世(万至万年前)和渐新世(万至万年前)。“古近纪”一词是在欧洲设计的,以强调前三个新生代岩石中发现的海洋化石的相似性。

相比之下,新近纪时期包含了万到万年前的时间,包括中新世(万到万年前)和上新世(万到万年前)等三个时代。新近纪的意思是“新生”,就是为了强调这一时期在地层中发现的海洋和陆地化石之间的联系比前一个时代更为密切。

直到年,这两个时间段还被称为第三纪。古近纪和新近纪一起构成了一个巨大的地质、气候、海洋和生物变化的大时代。他们经历了由“海平面相对较高、以爬行动物为主的全球温暖世界”到“极地冰川化,气候区域分化和哺乳动物优势地位”的转变。

古近纪和新近纪不仅是哺乳动物,还包括开花植物、昆虫、鸟类、珊瑚、深海生物、海洋浮游生物以及软体动物(特别是蛤蜊和蜗牛)在内的许多其他群体的进化扩张阶段。

他们看到地球系统发生了巨大的变化,发展出了现代世界所特有的生态和气候条件。第三纪末期是北半球冰川生长的时期,灵长类动物出现后,产生了现代人、黑猩猩和其他的大猩猩。

Quaternary(第四纪)Period:2.6millionyearsagotothepresent

(图:第四纪——人类时代地质时间尺度)

第四纪的特征是多次冰期(常见的“冰期”),厚达数千米的冰盖覆盖了温带地区广大大陆地区。在这些冰川之间,气候和海平面发生了迅速变化,全球环境也发生了变化。

这些变化反过来又推动了动植物的生命形式的迅速变化。大约从20万年前开始,她们开始主导地球环境的变化。




本文编辑:佚名
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