地球的起源和演變：從宇宙大爆炸到人類的將來(31-36)

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雖然這是一個關於自然科學的課程, 但討論範圍到從宇宙大爆炸到太陽係形成到地球上生命演變, 解答了“人類從哪裏來”的(哲學)問題

非專業人士的學習筆記, 難免有誤, 請指教

地球的起源和演變：從宇宙大爆炸到人類的將來

第三十一課 最早的微生物和分子化石

太古代古生物學(Archean Paleontology)
微生物沒有骨頭或貝殼 - 軟組織很難形成化石
如果很快在無氧的細砂環境中成為沉積層, 且以後形成的沉積岩沒有經過高溫高壓, 也沒有被汙染
分子中較強的碳結構有可能保存下來 - 長碳鏈或幾個相連的碳環

化石記錄和光合作用
微生物墊(microbial mats) - 淺水環境裏藻類的立足點
微生物墊應該是有光合作用能力的藻類建立的 - 合理的解釋

微生物化石
黑燧石(black chert) - 富含矽
黑色頁岩(black shales) - 富含碳
疊層石(stromatolites) - 常在石灰石中保存的穹頂狀岩石
砂岩(sandstone) - 保存了微生物墊的各種形態

第三十二課 微生物墊(microbial mats)

微生物墊
黑燧石和黑色頁岩代表地下生態環境 - 靠化學能而非光能
疊層石 - 不一定需要光合作用
砂岩中的微生物墊遺跡 - 需要很多能量才能建造出, 合理解釋是用光合作用產生所需能量. 最早光合作用不一定產生氧氣

地球大氣層的逐步氧化
25億年前地球的大氣層幾乎沒有氧氣
幾次重要氧化的時間段 - 約24億年前, 約7到6億年前, 約3到2億年前

水地球化學(Aqueous Geochemistry)
每種礦物都隻能在特定的物理化學環境下形成
如果某種元素可以有多個價位, 例如鐵可以是+2價或+3價, 它對環境裏的氧會很敏感
根據形成的礦物, 24億年前水裏沒有什麽氧氣

第三十三課 地球礦物種類大爆發

鈹和硼形成的礦物
(4)鈹比其它+2價金屬小很多 -> 形成周圍有4個氧原子的特殊晶體 -> 不易混其它礦物
含鈹礦物出現的時間表 - 新礦物在幾段時間集中出現
約30億年前, 約28-26億年前, 18億年前, 10億年前, 5億年前
(5)硼的新礦物出現時間表和鈹礦物幾乎重合

超級大陸形成和解體
大陸架碰撞 -> 更多岩石熔化 -> 液態元素形成新岩石
超級大陸
肯諾蘭(Kenorland) - 28-25億年前形成, 1億年後解體
哥倫比亞(Columbia) - 20億年前形成, 2億年後解體
羅迪尼亞(Rodinia) - 12億年前形成, 2.5億年後解體

存在生命和大氣中氧氣含量增加是地球上礦物種類眾多的重要原因
地下水, 並非空氣, 才是溶解, 運輸, 化學改變岩石的主要作用
含氧水需要很長時間才能循環到富含金屬的礦層

第三十四課 無聊的十億年和古陸核(craton)

無聊的十億年 - 從18.5億到8.5億年前
沒有大的天氣變化, 沒有冰川, 沒出現太多新礦物, 大氣和海洋的化學成分沒的變化
演變還在繼續
氧化逐漸深入地下
一些礦床形成
超級大陸形成, 然後分離
可能的生命進化 - 真核細胞, 有性生殖, 細胞分化(以後的真菌, 植物, 動物), 趨向多細胞生命

板塊構造和古陸核
古地磁數據 - 確定岩石形成時的緯度
沉積岩 - 不同地理/生物環境產生不同沉積岩
動植物化石
大陸碰撞 -> 俯衝帶 -> 生成更多花崗岩
古陸核 - 長期穩定的礦物, 早期大陸的遺留物

第三十五課 超級大陸周期

哥倫比亞(Columbia)
約20-18億年前形成, 南北約8,000英裏, 東西約3,000英裏
大陸中心主要是又幹又熱的沙漠, 大陸邊緣緩慢增大
冰川冰原很少或沒有 - 海平麵較高
淺水區域形成了很厚的沉積層

羅迪尼亞(Rodinia)
約13億年形成, 廣泛的造山運動
11億年前到8.5億年前缺沉積岩記錄 - 缺乏沉積岩形成條件

海底岩石和礦物
一般生物需要氮元素(N), 但隻能用類似氨(NH3)的化合物, 不能直接使用氮氣(N2) -> 固氮酶(nitrogenase)可以把氮氣轉化成氨, 須有鐵或鉬(molybdenum) -> 如果海水裏鐵和鉬含量很少, 生物進化速度會很慢

第三十六課 反饋回路(Feedback Loops)和臨界點(Tipping Points)

複雜係統與意外後果定律(the Law of Unintended Consequences)
意外後果定律 - 複雜係統裏, 例如生態係統, 不可能改變係統的一部分而不影響其它部分

反饋回路和臨界點
地球的生態地質係統包括很多負反饋回路, 可以在近地表範圍維護相對穩定的環境參數, 如氣溫和濕度
例如從18.5億到8.5億年前之間的穩定的10億年
反饋回路有臨界點 - 係統參數越過臨界後會從一個平衡狀態移動到另一個平衡狀態