遠古地球10大發現:螞蟻主導變地球演變

  現代科學的發展揭開了地球過去神秘的面紗,研究人員也揭露出了很多令人驚訝的發現。這些發現顛覆了我們平常覺得理所當然的事實。就像……

  10. 在恐龍之前,哺乳動物的祖先統治著地球

  哺乳類動物看起來與爬行動物並不相同,但它們卻擁有同一個祖先。當它們開始往不同的方向進化時,爬行動物,例如恐龍的祖先,就進化成了雙孔亞綱動物(diapsids)。而哺乳動物的祖先則進化成了合弓綱動物(synapsids)。這兩種動物對地球統治權的競爭持續了超過2億3千年的時間。這段時期的前半期一直是合弓綱動物佔據上風。

美國國立自然歷史博物館的異齒龍骨架模型

  例如異齒龍。它背部長著高大的背帆,作為哺乳類動物的祖先,異齒龍是二疊紀時最凶悍的陸上食肉動物。異齒龍一般身長約3.5米(11.5英尺),體重為100-150公斤(220-330磅)。很多動物,包括異齒龍的同類,最後見到的只是異齒龍突然從泥淖中伸出的巨大頭顱和長長的利齒。因為它們見到異齒龍的那一刻就被吃掉了。

異齒龍復原圖

  對雙孔亞綱動物來說,二疊紀是個相當慘烈的時期。它們甚至都沒能留下太多的化石。據我們所知,有些雙孔亞綱動物可能長到2米(6英尺)這麼大,但大多數雙孔亞綱動物體積較小。它們通常都盡其可能地遠離大型的合弓綱動物。之後,“大滅絕”時代來臨了。在二疊紀末期,超過90%的物種都滅絕了。

  合弓綱動物找到了一個絕妙的避難所,其中一些在這場浩劫中存活了下來。這些物種不斷繁衍。但同時,它們也面臨著來自雙孔亞綱動物更多的挑戰。大部分合弓綱動物的滅絕帶給了大型雙孔亞綱動物巨大的機遇以繁衍生息。

  在之後幾百年的時間裡,雙方不斷競爭,不斷進化。到了三疊紀中期,合弓綱動物進化成了如今的哺乳類動物,而雙孔亞綱動物則進化成了恐龍。雖然它們的體型還沒達到最龐大的樣子,但與其他同期生物相比已經足夠龐大了。

  最開始進化成形的恐龍只有一隻狗那麼大。但到了三疊紀的末期,有些恐龍已經有6米(20英尺)那麼長了。恐龍之中的魚龍(ichthyosaurs)那時已經成為了海上的霸主。之後地球又迎來了一次大滅絕。恐龍在經過這次災難之後牢牢掌控了地球。合弓綱動物卻從此滅絕,只剩下了小型的現代哺乳動物。

魚龍類的想像圖

  9. 沒有人知道什麼殺死了恐龍

  根據一則從1980年代一直流行至今的理論,白堊紀末期的大滅絕就像接下來將要講述的內容一樣。剛開始,恐龍統治了整個地球。之後一顆相對較大的小行星撞擊了地球,並落在現在的墨西哥希克蘇魯伯附近。這次撞擊使得整個地球陷入了漫長的冬季。至此,恐龍時代結束了,不僅如此,80%的地球生物也滅絕了。之後,哺乳動物重新掌管了地球。自那時起,隨著撞擊發生的證據的發現,研究者們不得不接受了這一理論。而後,他們進一步推斷,或許行星撞擊也正是地球上其他幾次大滅絕發生的原因。

第三紀滅絕事件-隕石原因想像圖

  更多的人參與到這次探究行動,他們試圖在更多的火山口中尋找證據。他們也確實有了其他發現,但大部分發現都與大滅絕無關。同時,有人對白堊紀末期的大滅絕以及行星撞擊理論提出了質疑。像這樣一場浩大的撞擊應該使地球上更多的生物滅絕才是,但一些物種卻存活了下來,甚至還包括恐龍,只是它們之後進化成了鳥類而已。

小行星撞擊地球的過程想像圖

  一些人對此的解釋是:這是由於行星撞擊以及印度德干高原火山大噴發的雙重災難。這些專家聲稱,德干火山的爆發使得地球上的生命難以生存。而隨之而來的行星撞擊則給予了這些已經飽受苦難的生物們致命一擊。這其中包括雷克斯霸王龍與它的其他恐龍夥伴們。

  這理論聽起來可信,但不是每個人都買它的賬。另外一些研究者則表示他們找到了恐龍在德干火山爆發之後依然活躍的證據,甚至還找到了恐龍棲居於熔岩之上的證據。

  這些專家們指出,在恐龍時代末期,地球曾在短時間內受到過幾次小行星或彗星碎片的撞擊。希克蘇魯伯隕石坑只是其一,最大的是濕婆隕石坑,它是希克蘇魯伯隕石坑的3倍之大。當濕婆撞擊現在的印度西海岸時,它的威力大到足以使本區域地球的板塊分離。而它附近德干火山的爆發使得情況雪上加霜,終於,大滅絕時期降臨。

  隨你相信吧!恐龍滅絕的原因是由於希克蘇魯伯的行星撞擊,還是行星撞擊再加上火山爆發,又或者是濕婆的行星撞擊加上火山爆發?沒有人知道確切的答案。

印度的岩石年代圖,粉紅色部分為德干暗色巖爆發形成的火成岩。

  8. 下鑽石雨了

  你絕不會想待在現場,想接住這些從天而降的鑽石。因為這發生在一次猛烈的火山爆發時。

鑽石雨

  鑽石是只含有碳元素的晶體。它們在地球內部受到極度的熱和壓力而成形。沒有人知道一開始碳是怎麼到達地底深處的,但所有人都承認的一點是:鑽石確實由來已久。

  一旦成形,鑽石就會逐漸上升到地幔。地球的板塊活動時可能會消磨掉一些鑽石。但當地質時期過去,鑽石就聚集在最古老的陸地之中,這與輪船龍骨上沾滿籐壺的過程類似。

  當然,即使鑽石已到達地幔(planet’s mantle),但卻依然難得。事實上,地球表面並不能形成鑽石。若裸露於地表,它們將變成石墨。我們手上擁有的鑽石,是由於火山爆發時被岩漿帶出地表並經過冷卻而形成的。

  那接下來我們就說說這是怎麼發生的:一種特殊的流動於地幔的叫做金伯利巖或金雲火山岩的熔岩,開始從鑽石遍佈的地幔逐漸上升;這個過程發生得非常快,因為這些岩漿溫度非常高,並含有很多二氧化碳和水;急速上升的金伯利巖攜帶著鑽石,通過火山筒,很快衝破覆蓋的地表。“碰!”火山爆發的同時,也下起了鑽石雨。

  7. 紫色的海洋

  海水看起來大都是透明的。我們所看到的水的顏色取決於水裡所含的物質。大河入海口處的海水通常是土褐色或者黃色的。而由於海草以及大量微生物的存在,離出海口更遠一些的海水則呈現灰綠色。

紫色的海洋

  但是,我們所能見到的只是最表層陽光照得透的海水。在這一層海水裡,浮游生物需要陽光來進行光合作用。海水中進行的光合作用與陸地上一樣,過程中都產生了氧氣。這些氧氣在海洋中四處飄蕩,甚至能深入到寒冷、黑暗的海底深淵。這恰恰是因為氧氣能夠充分溶解於冷水中,因此能被海底的水流帶著到處漂流。

  然而在幾處地方,例如挪威的海灣,這些海水就會停滯不流動。這時,過多的營養物質就會堆積水中並將水中的氧氣消耗殆盡。而微小的水生物需要生存,因此它們就會吸收水中氮的養分。這是本地食物鏈的第一次變化。當氮也被消耗光了的時候,它們就轉而吸收硫中的養分。以硫為底端的食物鏈向海水中排放出了大量的硫化物。這些硫化物儘管不利於大部分海洋生物的生存,卻為一些微小的綠色和紫色的食硫菌所喜。氧氣對這些喜食硫的細菌群來說是致命的,但在適宜的情況下,它們卻能大量繁衍,並將海水逐漸染成粉紅色和紫色。如今,在黑海和幾處海灣湖泊都能看到這種景象。

  那麼,這些食硫菌都源自哪裡呢?事實上,它們是地球上最古老的生物之一。

  研究者在當今澳大利亞北部發現的一塊具有16.4億年歷史的岩石中,發現了與這些紫色的食硫菌中相同的色素。這些細菌存活的時間剛好在地球停止形成條狀鐵層之後。海洋在大約2百萬年前就不再產生條狀鐵層。地質學家一直很疑惑,為何條狀鐵層在那之後就不再形成了呢?為此,學界出現了兩個主要的理論:一是由於海洋氧氣富集;二是由於發出惡臭的硫化氫浸透海水。

  在岩石中發現的色素支持了硫化氫一說。它同時意味著古老的海洋裡充滿大量快活的食硫菌。因此,當時整個海洋呈現出了可愛的紫色。

紫色的海洋

  但是,又是從哪裡來的這麼多水呢?

  6. 許多地球上的水體比太陽系還古老

許多地球上的水體比太陽系還古老

  太陽系是由一大團的星際塵埃形成的。塵埃是乾的沒有水分的,但星雲中含有的氫和氧能夠合成水。當太陽第一次發出光亮時,這些水分從太陽系的內部被擠了出來。自此之後,人們只能從外太陽系或者太陽系邊際的彗星軌道中找到水分。

  科學家對此做了調查,發現地球海洋中的水是在大約10億年前這個星球成形之後就存在了的。這就說明了海洋形成與火山爆發時排出的氣體,以及帶冰的彗星落在地球不無關係。火山釋放出來的氣體被少部分水吸收掉,在這個過程中,這些水被帶到了地球內部。剩餘的水則在太陽系形成早期彗星撞擊地球時被帶入地球內部。

  這理論聽起來有理有據,這麼多年來也確實得到了許多人的支持。但是,它有可能只猜對了一部分。

  研究者們發現只有30-50%的地球水體比太陽系古老。星際冰晶早已存在,也就是說,這些冰晶在太陽系形成之前就已經存在。這些科學家使用相對年齡測定法推測出人身體裡接近一半的水,年齡都超過了46億年。儘管科學家們不能給出準確的數字,但這些水可能與整個宇宙同壽。

許多地球上的水體比太陽系還古老

  5. 地球上的生命可能來自火星

  夜晚流星劃過天際,甚至有時在白天,你也能驚喜地發現流星閃過。這些小行星和彗星的碎片通常在大氣層就燃燒了起來,發出亮光。如果它們成功到達地面,就被稱作隕石。

海盜2號著陸器拍攝的火星表

  1980年代,繼海盜號火星探測任務(美國國家航空航天局的一個項目,包括兩個無人空間探測任務:海盜1號和海盜2號。)之後,科學家驚喜地發現地球上的隕石明顯來自火星。美國國家航空航天局(NASA)相當確定,他們至少有124塊來自火星的隕石登記在冊。這些火星隕石似乎屬於火山岩,而火星上確實存在著太陽系目前已知的最大的火山。讓人疑惑的是,即便是奧林帕斯火山(Olympus Mons,火星上的盾狀火山,亦為太陽系中已知最高的山)最嚴重的一次爆發也不能將其火山岩噴到地球上來。

  經過一番斟查,一些專家認為,在150萬年前左右的一次撞擊中,這些有著45億年歷史的火山岩被撞入太空中。它們在大概1萬3千年之前到達地球。其中的一些火山岩變成了化石,這至少可以驗證出在這些岩石形成的水中可能曾經孕育著生命。

  這令人感到不可思議,因為這些岩石都是岩漿冷卻而成的。但是生命總能找到存活的方式。在黃石國家公園(Yellowstone National Park,美國第一個國家公園,以其豐富的野生動物種類和地熱資源聞名)就有這樣一些被稱為“嗜極生物”(extremophiles

  )的生命能夠在炎熱的泉水和岩石中生存。也就是說,生命力頑強的微生物也可以在火星的超級火山這樣極端的環境下生存。如果在大岩石板的內部互相離得夠遠的話,它們也能在行星撞擊的情況下存活下來。當這些岩漿落到地球的時候,科學家們以實驗展示,內巖微生物(endoliths)只需大約5厘米(2英吋)厚的岩石作為隔熱罩就能活下來。

南極石裡發現的內巖微生物生命形態

  當然,地球上的生命有大約40億年的歷史,而這些火星移民最近才到達地球。但是更多的隕石有待發現。有這些已被發現的隕石在先,那麼也一定存在著在地球才剛形成時就落地的火星隕石。即便它們可能並不攜帶生物體,但這些來自火星的隕石卻極可能為地球上生命的形成提供了必需的礦物質。

冥古宙時期地質運動劇烈,火山噴發遍佈、熔岩四處流淌

  4. 早期的地球並不是地獄

  地質學家將地球形成之初的時期稱為冥古宙(Hadean,太古宙之前的一個宙,開始於地球形成之初,結束於38億年前),意思就是地獄一般的時期。理論上,地球形成時散發出來的熱量能融化掉大部分的行星。

  在此之後,又經過了相當長的時間地面的溫度才有所下降,達到了如今這樣適宜的溫度。冥古宙時期的物質目前都已全部消散,這得益於風化作用和板塊遷移。而那時遺留下來的就只有礦物鋯石( the mineral zircon,天然礦物)的晶體。

  鋯石(硅酸鋯)可以用來製作漂亮的珠寶。還有助於科學家的研究,這主要出於兩方面的原因:

  一、鋯石的硬度很大,這使得它能經過混亂的地質時代而保留下來。如若不信,你可以讓鋯石經受火山噴發時的高溫高壓、地球板塊遷移的碰撞,或者將它埋在幾英里厚的沉積物下,在經受了所有這些鍛造之後,除了生成了另一層外膜,鋯石完整無損。地質學家則通過解析鋯石的外薄膜來得知期間發生的事;

  二、鋯石中含有很少量的鈾。這些鈾的量並不足以對人體造成危害,卻剛好足以使科學家通過它準確推斷科學年鑒。

鋯石

  研究者對已知的最古老的鋯石進行了研究。這些鋯石最遠能追溯到冥古宙時期。鋯石結晶需要的溫度比人們預想的還要低。同位素顯示,當其結晶時,鋯石的周圍還存在著水以及其他適宜生命生存的條件。44億年前的地球說不定也存在著陸地和海洋。這些海洋由能夠支持生命的水組成,而非致命的熔漿。

鋯石結晶

  然而,地核確實是由鐵構成的。這就意味著地球形成初期確實有過一段地獄般的時期。同時,這也表示,如果你想修飾一下你的鋯石飾品,你得花相當一筆錢用於昂貴的金屬來使之與你的鋯石相襯,因為……

  3. 地核飽含黃金和鉑金

  黃金和鉑金都屬於地球稀有金屬,然而,它們在一些小行星中卻相當常見。這些小行星組成自與組成地球同一的塵埃雲。那麼,為什麼地球不像這些小行星一樣,隨處可見黃金與鉑金呢?

  時間回到冥古宙(剛好在地球初形成之後鋯石結晶之前),那時,地球的溫度足以融化鐵。元素週期表中,鐵及其鄰近的元素都屬於重金屬。因此,融化的鐵漿以及其他金屬漿,像是黃金和鉑金,一點一點地往地球中心流去。

  之後,有個體積跟火星差不多大小的物體撞向了地球。撞擊中從地球脫落的物質組成了月球。這次的撞擊還引發了地球上更大規模的物質融化。大量的鐵和其他重金屬慢慢地沉入地核,直至今天也一直作為構成地核的物質存在。

地核飽含黃金和鉑金

  2.北極與南極不一定冰雪覆蓋

  或許是因為形成了月球的那次撞擊,地軸發生了傾斜。而從此,更多的太陽光落在了赤道上。但這並不意味著兩極就總是萬里冰封。大約340萬年前,這僅僅是地質年代紀的一個瞬間,南極洲的均溫有14攝氏度(57華氏度)。其附近海洋的溫度達到了22攝氏度(72華氏度)。

北極與南極不一定冰雪覆蓋

  很長一段歷史中,地球上並不像現在這樣,存在著巨大的極地冰帽( polar ice cap)。這些極地冰帽的形成與太陽光照射量無關。導致這一現象的是地球上二氧化碳的濃度以及它造成的全球暖化。

  科學家們不能確定2千萬年前兩極突然結冰的原因。一些人認為這發生在印度板塊和亞洲板塊相撞之後。這次的板塊相撞使得西藏和喜馬拉雅山脈隆起。在崎嶇不平的地面上,風化速度更快,更多的大陸岩石被沖刷到了海洋,因而使得海洋的持碳量不斷上升。碳元素從大氣層中離析出來,溫室效應就會很快轉變為全球冷化。

  然而並非所有研究者都支持這一理論。他們指出,儘管這與二氧化碳確實脫不了干係,但並沒有足夠的證據來支持這一理論,來使其完全顛覆另外的理論。他們猜想,或許這與地球植被的改變不無關係。

  1.地球之前的寒冷可能因螞蟻而起

  不論兩極最近變得如何溫暖,兩億年來,地球在恐龍時代的溫度達到了最高。那時,因為溫室效應,熱帶的溫度高達35攝氏度(95華氏度),高緯度地區也有著暖烘烘的溫度。然後,在大約6千5百萬年前,儘管氣溫不時上下波動,地球的整體溫度開始下降。

  風化作用確實在全球碳循環過程中起到了重要作用。這也是為什麼研究者們經常以此解釋自恐龍時代後全球冷化趨勢的原因。

  在1980年代後期,一位亞利桑那州立大學的研究者開始了一項長期的實驗。他將岩石壓碎,並將這些壓碎的岩石放置在不同的環境中,從裸露的地面到螞蟻穴。然後每5年,他採集一小部分的岩石樣本,來與基準樣本比較其風化的程度。

螞蟻穴

  25年之後,他驚訝地發現螞蟻穴裡樣本岩石的風化速度是基準樣本石的175倍之快。

  普通螞蟻是地球上最有力的天然礦物質風化因子之一。或許,螞蟻作為6千5百萬前就存在於地球的生物並非巧合。因為這時,地球正好開始變冷。

  螞蟻風化或許有又或許並未在這漫長的時間裡封存了足夠多的碳,而使地球變得更冷。但是當收到螞蟻養殖場的節日或生日禮物時,每個地球學家大概都會樂開了懷。因為螞蟻將對全球氣候變化的研究產生舉足輕重的作用。




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