文章轉載自“科學人文線上”
地球是演化的，它有“生命”，它經歷了出生、成長和成熟的過程；岩石就像骨骼和肌肉，組成和支撐了地球的格架和軀體；地層就像史書，能告訴我們地球的生長和演化歷史；岩漿和氣液流體就像血液和呼吸，維持著地球的生命和運轉；人們根據地球記錄的生長資訊，認識地球的生命歷程。地球現階段正處於成熟的中年階段。
地球多少歲了？
按照我國的神話傳說，地球至少有幾萬年曆史了。在我國的神話傳說中，4萬～5萬年前，“天地混沌”，沒有分開，這時候盤古出生了。他在混沌中睡了18000年，突然醒了。他見四周漆黑，就用大斧猛劈，輕的上升成為天，重的下降成為地（“盤古開天”）。不過，那時候的地——“地球”是方形的，有四極。盤古怕天地再次融合成為混沌，就站在地上用手頂著天，天每天長高一丈，盤古也就跟著長高一丈。18000年後，盤古倒下了，他的四肢變成四極，仍然“頂天立地”，他的面板變成大地，血液變成河流，氣息變成風雲，汗水變成雨露。盤古之後，女媧模仿自己，用“土”造出萬物（“女媧造人”），但後來社會動盪，水神共工氏和火神祝融氏大戰，結果共工氏因為大敗而怒撞世界的支柱不周山，女媧於是用五彩石補天（“女媧補天”）。
按照《聖經》的說法，地球的形成不超過1萬年。
18世紀初，英國物理學家埃德蒙·哈雷（Edmond Halley）提出，假設海水形成時是淡的，那麼根據每年由陸地衝洗進入海洋的鹽分，以及海水中的總含鹽量，推測地球的年齡大約為1億年。1854年，德國偉大的科學家赫爾曼·馮·亥姆霍茲（Hermann von Helmholtz）根據他對太陽能量的估算，認為地球的年齡不超過2500萬年。1862年，英國著名物理學家約瑟夫·約翰·湯姆生（Joseph John Thomson）提出，地球從早期熾熱狀態中冷卻到如今的狀態，需要2000萬～4000萬年。
20世紀初，科學家開發了同位素地質測年方法，根據當時獲得的岩石的最老年齡，提出地球有35億年。但是，這個岩石未必是地球上最古老的岩石。到了20世紀60年代，科學家測定了取自月球表面的岩石標本，發現月球的年齡在44億～46億年，並基於地球、月球同時形成的假說，提出地球有44億～46億年曆史。後來，更多的隕石年齡限定地球的年齡約為46億年。
地球上每天都有新的岩石“出生”，有的形成於火山爆發的過程中，有的形成於湖泊和海洋沉積的過程中……岩石形成後，有的被逐漸風化，有的被岩漿作用過程熔融……岩石也有生命週期。地球上最老的岩石有多少年？地球形成時就有岩石嗎？
地球上最古老的現在有確切年齡的岩石位於加拿大北部阿卡斯塔河（Acasta River）中的一個小島上，這塊岩石被稱為“阿卡斯塔”（英雲閃長質）片麻岩，年齡40億年。片麻岩的外貌好似麻糖，有如芝麻的深淺不同的礦物集合體在上面定向排列，斷續分佈，形成條帶狀，英雲閃長質是一種主要由長石石英等礦物組成的岩石。這樣的岩石常形成於10千米以下的地殼中，是應力下岩石中不同礦物差異分佈形成的。阿卡斯塔片麻岩產於加拿大西北領地阿卡斯塔河中一個面積不足0.5平方千米的小島上。該島上唯一的一幢建築是一間為地質學家工作和生活而搭建的臨時圓形鐵皮屋，該“庇護所”被地質學家親切地稱為“阿卡斯塔市政廳”。加拿大西北領地面積300多萬平方千米，原住民為因紐特人，其首府為黃刀鎮（Yellowknife），常住人口只有2萬多人。去往“阿卡斯塔市政廳”沒有公路，最便捷的方式是乘坐可以降落在湖面上的直升機。阿卡斯塔片麻岩只是小島岩石組成中非常小的部分，其他岩石多為38億～33億年的片麻岩和輝長岩，最年輕的約12億多年（輝長岩）。儘管這些岩石僅僅是40億年的大陸被儲存下來的極小部分，但卻為恢復當時大陸的樣子提供了最珍貴的樣品。
人們在格陵蘭島、澳大利亞、西伯利亞等地發現了比40億年稍年輕的岩石——39億～38億年的類似片麻岩。我國鞍山地區也有這一年齡的岩石，產出於東山—白家墳一帶，現在已經被保護起來了。鞍山和澳大利亞的古老岩石出露的面積較小，有的像枕頭大小，一塊一塊的，形狀不規則。格陵蘭島出露的古老岩石的面積非常大（千米尺度），科學家認為這些岩石大致儲存了地球上最古老的地殼。
還能找到更老的岩石嗎？答案几乎是肯定的！科學家已經發現了44億年岩石殘存下來的礦物——鋯石。這種礦物在岩石中的含量微不足道，但是即使在1000℃的高溫下也不容易熔融，因而容易儲存下來。這類礦物發現於西澳大利亞傑克峰（Jack Hills）的沉積岩（礫岩）中，它們顯示鋯石礦物生長形成的環帶，保留了44億年的年齡資訊。該岩石是25億～18億年前的河流攜帶的碎屑沉積成巖形成的。研究表明，這些礦物記錄了與地表水相互作用的資訊，而且它們形成於類似於現今大陸主體岩石——花崗岩（如黃山和泰山山頂的岩石）之中。這說明，44億年前地球上不但有岩石，還有一定規模的大陸，而且當時的大陸岩石和現在有一些相似之處。既然理論推測存在更加古老的岩石，那麼就有可能被儲存下來並等待我們去發現。
有沒有比44億年更老的岩石？地球46億年前形成時是否就形成了岩石？科學家認為，地球最開始時的表面非常炙熱，沒有岩石，沒有地殼，呈岩漿狀態，稱為“岩漿洋”或者“岩漿海”。岩漿洋冷卻可能形成了斜長巖。斜長巖是一種幾乎全部由斜長石礦物（可用來做陶瓷和玻璃，部分夜光石也屬於同族礦物）形成的岩石，是岩漿洋中結晶的密度比岩漿的密度小的礦物，它們漂浮聚集在岩漿洋最表層，形成岩石。月球看上去更亮的部分（“高地”）就是由斜長巖形成的。月球上最古老的岩石是斜長巖，它的同位素地質年齡達45億年。雖然地球最早結晶出來的岩石型別是片麻岩，但也有科學家認為地球最早的地殼（原始地殼）表面看起來可能和月球上的高地一樣，是由斜長巖組成的。斜長巖稍微風化，就呈現瓷白色，想象一下當時瓷白色沒有植被的地球，一定非常壯觀！可惜的是，科學家還很難測定斜長巖的準確年齡，也還沒有確認地球上是否殘存有大於44億年的斜長巖。
40億～38億年的岩石，僅僅呈小的巖塊殘存在更年輕的岩石中。地球上成規模的老地殼在哪？在格陵蘭的伊蘇瓦（Isua）。該地區部分地殼形成於38億年前，面積為500平方千米。這是目前所知地球上38億年以上年齡的地殼中面積最大的一塊。
地球的史書
查閱典籍，探究遺蹟，我們可以感知人類歷史的發展歷程，感嘆興衰更迭、滄桑鉅變，就像《詩經》裡面講的“高岸為谷，深谷為陵”。人類的歷史只有數千年，而地球的歷史有40多億年，這些歷史如何探查呢？地球的歷史也有“撰寫者”，它們是分佈廣泛的地層。一套地層就像是一本史書，翻開這一本本史書，我們可以揭示地層的形成及環境的變化，我們也可以想象地球“滄海桑田”的演化歷史。
地層是在地殼發展過程中形成的各種成層岩石的總稱。地層的主要岩石組成是沉積岩，還包括變質的和火山成因的成層岩石。雖然沉積岩只佔整個岩石圈體積的5%，但是分佈面積卻是陸地面積的75%，大洋的底部幾乎全部被沉積岩或是沉積物覆蓋。
在地殼表層的條件下，由母巖風化後的碎屑沉積物透過流水或風的搬運，以及之後的沉積和成岩作用，最終形成沉積岩。正常來說，沉積岩形成之初是呈水平層狀產出的，隨著時間層層地由下至上沉積成巖，由此稱為沉積地層。沉積岩相對穩定，在一定範圍內是連續分佈的，最大的特點就是下面的地層時代老，上面的地層時代新。
不過，地層的形態錯綜複雜。它們或因構造運動使原始水平狀態變得傾斜甚至彎曲，或因地震活動使原始連續地層發生斷開或錯動，或因地殼運動使地層發生剝蝕而缺失，或因變質作用使地層產狀和麵貌完全改變。它們就如同一本古老的書被彎折毀壞、混亂頁序，必須重新考證、理清順序、分章劃段再進行研究。因此，地質學家在野外研究地層時，常選擇地層出露完全、順序正常、接觸關係清楚、化石儲存良好，可供劃分、對比的標準剖面。
山川河流，滄海桑田，地球環境變化和生物的演化歷史可以透過不同時代地層的資訊解析和重建。地質學家發現，在不同的沉積環境和成巖過程中，沉積岩在巖性特徵、古生物（化石）組成以及地球化學特徵上有顯著的差別。同時，地層之間的接觸關係中的不整合可以反映地理環境的重大變化，如地殼的升降運動或褶皺變形。
沉積岩的巖性包括物質成分、粒度大小、磨圓度、顏色、岩石型別，以及沉積地層的結構、構造等。巖性的特徵可以從側面反映沉積岩形成的沉積環境。例如，粒度大小、磨圓度反映搬運力的強弱和搬運距離的遠近，顏色標誌著形成時的氧化還原條件，層理、波浪等構造反映了沉積過程中的水動力條件。
化石是儲存在地層中地質時期的生物遺體（如動物骨骼、硬殼）和遺蹟（動物足印、蟲穴、蛋、糞便）。不同時代的地層常含有不同種類的古生物或古生物群，如寒武紀的代表性海洋生物有三葉蟲和奇蝦等，志留紀的代表性海生生物為筆石，泥盆紀則是“魚類時代”，侏羅紀時期海洋的霸主是魚龍類和蛇頸龍類。因此可以利用生物化石估計地層的大致時代和進行地層的對比。
根據一個地區地層中的巖性、古生物和構造運動特徵等，可以建立區域性的地層新老關係和年代順序。經過更大範圍的行地層對比，還可以建立大區域的甚至全球的地層年代順序。
地層中的化石、巖性和地球化學特徵蘊藏著地質時期環境的各種資訊，科學家們透過破譯這些資訊解讀當時的環境特徵，如古水流的方向或古地理的方位、海水的氧化還原情況和構造的運動等，最終恢復地球的漫長曆史。
地球的生命歷程
我們的地球是一個藍色星球，孕育著生命。地球現在是46億年，正處於一個很活躍的中青年時期。但是月球卻演化的十分“著急”，演化了約33億年後耗盡能量，失掉生命力，成為死亡的星球。火星行將就木，地表砂礫縱橫，地表平均溫度只有-65℃，大氣稀薄而寒冷。
地球跟萬物一樣都有生命，最終也會能量耗盡，走向死亡，像月球一樣安靜，但不會發生爆炸。科學家預言地球能量全部消耗掉、變成像月球一樣死亡的星球還需要40多億年。根據適當的水與氧氣的量，地球還能維持生命超過10億年。也有科學家預言，由於人類活動加劇導致的生態環境惡化，也許會使地球更快速地不利於生命生存。
漫長的地球歷史逐漸的演化發展，可以分為不同的階段。為了鐫刻這悠久的歷史，地質學家們建立了一套地質年代體系來表示不同的階段，這些單位從大到小分別稱為宙、代、紀、世、期。其中，宙是最大的地質年代單位，有冥古宙、太古宙、元古宙和顯生宙。每個宙下可以進一步劃分為代，如顯生宙地質時代又可劃分為三個代，即古生代、中生代和新生代。每個代的時間有數億年之久。紀是每個代的進一步細分，如古生代分為寒武紀、奧陶紀、志留紀、泥盆紀、石炭紀、二疊紀，中生代分為三疊紀、侏羅紀和白堊紀，新生代分為古近紀、新近紀和第四紀。每個紀都有不同的自然環境和獨特的古生物種屬，是最常用的一級地質時代單位，如寒武紀的三葉蟲、石炭紀的蕨類植物、侏羅紀和白堊紀的恐龍等。
每個階段都有其不同的演化歷史。
冥古宙（40億年前）是地球上地殼岩石初步形成的階段，這些岩石中的絕大部分甚至全部沒有儲存下來。岩石由礦物組成，部分容易保留的礦物（如鋯石）卻保留了下來。透過與至今還保留著冥古宙岩石地殼的月球進行對比，我們可以想象冥古宙階段的地球。
太古宙（40億～25億年前）是穩定大陸形成的階段。穩定大陸，我們稱之為克拉通。全球儲存最老的岩石是加拿大北部阿卡斯塔的片麻岩，為40.4億年。這一年齡標誌著太古宙的開始。地球上保留下來的最老的地殼為38億～33億年，留存於格陵蘭，面積相當於3 個河北省的面積。
元古宙（25億～5.41億年前）是大氣圈演化的重要階段，元古宙晚期是“生命大爆發”的階段。大約23億年前，地球表面空氣稀薄，氧氣濃度非常低，空氣中甲烷（CH4）、硫化氫（H2S）等氣體的濃度可能都大於氧氣的濃度。23億～20億年，地球表層的氧氣經歷了一個濃度突然增加的過程，稱為“大氧化事件”。
顯生宙（5.41億年前至今）是生命繁榮的階段。顯生宙進一步分為古生代、中生代和新生代三個時代。人類出現於新生代。
本文摘編自《運動：地球的生命密碼》（翟明國 主編），標題有調整。科學創造未來，人文溫暖世界。在科技引領發展的時代，與您共同關注科技史、科技哲學、科技前沿與科學傳播，關注人類社會的可持續發展。科學人文線上，創造有價值的閱讀！歡迎關注、點贊、留言、轉發、參與贈書活動，聯絡郵箱：[email protected]。
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內容簡介
地球從誕生那一刻起就激情四射，充滿活力。由內向外、從小到大，在各種時間和空間尺度上，地球永不停息地運動著，以獨有的方式演繹著自己不平凡的一生。本書帶我們去探尋：人類怎樣一步步弄清地球內部結構？地球經歷了怎樣劇烈的誕生過程？岩石如何記錄古老地球歷史？滄海桑田是如何演進的？火熱的岩漿和無處不在的流體如何形成豐富礦產？在閱讀過程中，您將逐漸破譯地球的“生命密碼”。全書精彩展現了從未知、懷疑到科學探索的過程，有困惑，有驚喜，令人著迷。希望年輕一代接受挑戰，繼續探索地球的未解之謎。
本書融科學性、知識性、趣味性於一體，有益於培養科學興趣、開闊思維視野、挖掘內在潛能，適合對科學、大自然和未來感興趣的大眾讀者閱讀。
作者介紹
翟明國中國科學院院士，發展中國家科學院院士，中國科學院大學資深講座教授，中國科學院地質與地球物理研究所研究員。主要研究領域是前寒武紀地質學和變質地質學、岩石學和礦床學，研究方向為大陸早期演化和大陸成礦作用。在早期陸殼的形成與增長、前寒武紀與顯生宙變質作用和動力學機制的異同等前沿核心科學問題及大陸演化歷史與礦產資源的富集機制等方面取得系統性的創新成果。曾獲國家自然科學獎二等獎兩項，中國科學院自然科學獎一等獎一項、二等獎兩項，國土資源科學技術獎一等獎一項，教育部自然科學獎一等獎一項，以及何梁何利基金科學與技術進步獎、韓國地質特殊貢獻獎等。
（本文編輯 朱萍萍）
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