天天看點

地球是如何形成的?早期地球經曆了什麼,才讓它成為生命的搖籃?

太陽系有八大行星,它們就像八大音符一樣圍繞着太陽旋轉,而它們井然有序的樣子就像在彈奏一首美妙的交響樂。

不過,當我們去認識每顆行星時,你就會發現這些行星一點也不美妙,至少對于生命而言,它們的環境是十分可怕的。

地球是如何形成的?早期地球經曆了什麼,才讓它成為生命的搖籃?

它們要麼太熱,要麼沒有大氣層,要麼直接是龐大的氣态巨行星,隻有地球——一顆藍色的太陽系行星,它的一切都那麼适中,最終孕育了生命。

然而,地球的環境并非一直都是如此的适中,它曾經也非常“狂暴”,充滿風險。

那麼,地球是如何形成的呢?為什麼它會在這些行星中“脫穎而出”,成為生命的搖籃呢?

地球是如何形成的?早期地球經曆了什麼,才讓它成為生命的搖籃?

這種圖檔很好描述了太陽系的早期,圖源:NASA/JPL-Caltech

地球如何形成的?

雖然我們無法親眼看到太陽系的形成,但現在有大量的證據,以及大量的計算機模拟實驗表明,地球和其它太陽系行星一樣是由太陽系早期塵埃和氣體混合形成的。

大約在46億年前,我們的太陽系隻是一片被稱為太陽星雲的塵埃和氣體雲的區域,它可能受到外力的幹擾(比如附近的超新星),也可能是自身的演變,最終導緻這些塵埃和氣體雲開始旋轉。

在重力的作用下中心開始坍縮,物質凝結在一起,當它變得越來越大時,強大的壓力讓核聚變發生,早期的太陽就此出現。

太陽把太陽系中大部分物質收入囊中,但還是有小部分——大約0.2%的物質依然保持旋轉,隻是這時候它們有了一個中心點——太陽。

這些物質的大小和速度都略有不同,速度的不同讓這些早期的物質互相碰撞并粘合在一起。

最終,它們從微小的塵埃顆粒變成石塊,變成巨石,然後變成更大的“小行星”。

“小行星”的品質足夠大,它的引力可以影響周圍的塵埃和氣體,這導緻越來越多的物質凝聚在一起,“小行星”也越來越大,早期的行星開始出現。

在太陽系的早期,八大行星軌道内擁有許多大小不一的“小行星”,不過有一點和現在是一樣的,那就是靠近太陽的這些行星都是岩石行星,遠離太陽的則是岩石核心的氣态巨行星,這是因為強勁的太陽風讓靠近太陽的行星無法保持更多氣體。

地球是如何形成的?早期地球經曆了什麼,才讓它成為生命的搖籃?

月球的形成或是因為早期碰撞産生的,NASA/JPL-Cal

在太陽系早期,行星們一點也不“井然有序”,它們互相碰撞和襲擊,其中月球的形成很可能就是一顆現在火星般大小的“小行星”和早期地球碰撞導緻的。

當太陽系開始穩定下來,地球和另外七大行星,以及其它的太陽系天體也就成型了,而地球在這個早期的物質“争奪戰”中,成為最大的岩石行星。

地球是如何形成的?早期地球經曆了什麼,才讓它成為生命的搖籃?

那麼,為什麼現在的科學家會講出這樣一個太陽系形成的故事呢?

其實,關鍵的證據是隕石。隕石通過各種方式被帶到地球,它們中的一部分攜帶着太陽系早期的資訊。

地球是如何形成的?早期地球經曆了什麼,才讓它成為生命的搖籃?

當太陽系穩定下來後,太陽系的故事轉向了行星自身的演化,雖然所有的行星在早期都經曆了相似的過程,但是它們自身的演化卻各不相同,最終導緻隻有地球擁有生命。

早期的地球環境非常惡劣

早期的地球也一點不“适中”,事實上它非常的炎熱,熱到地球上所有的物質都是熔融狀态。有幾個因素造成早期地球的炎熱:

地球是如何形成的?早期地球經曆了什麼,才讓它成為生命的搖籃?

圖注:早期地球和現代地球的對比

第一部分是來自引力收縮。

随着小塊岩石和金屬的吸積,早期地球變得越來越大,越來越重,與此同時也就越來越熱。

這是因為,地球内部在重力的作用下壓力變得越來越大,這個過程會産生熱量,就像我們現在擠壓氣體會産生熱量一樣。

第二部分是來自放射性衰變。

在地球曆史的早期,有許多半衰期短的放射性元素,這些元素很久以前就衰變成了穩定的材料,但它們一開始釋放出大量的熱量,并給地球加熱。

第三部分就是撞擊。

就像我們前面說的,太陽系的早期是一個不穩定的系統,小行星的撞擊非常普遍,現在的研究表明,地球在最初的 5億年中遭受了非常猛烈的撞擊。

這種撞擊産生了“巨額”的熱量,也在不停地加熱地球。

在這“三把火”的加持下,早期的地球一切都是熔化的,不過這種狀态讓地球擁有了改變自己的第一次機會。

地球是如何形成的?早期地球經曆了什麼,才讓它成為生命的搖籃?

在熔融狀态下,地球上較重的物質沉入了核心,而較輕的物質“漂浮”到表面,這形成了地球現在的結構:地核、地幔、地殼。

至于為什麼說這種結構徹底改變地球,原因就在于它可以維持大氣層了。

衆所周知,現在的地球擁有大氣層要歸功于它的磁場,磁場阻擋了太陽風,而磁場則是來自于早期地球收集來的材料——鎳鐵熔化并沉入核心。

地球是如何形成的?早期地球經曆了什麼,才讓它成為生命的搖籃?

由于早期地球被太陽風“摧殘”得比較厲害,是以它的大氣層是自己擁有磁場後才逐漸産生的,這發生在地球逐漸冷卻後。

火山噴發,以及彗星的撞擊讓地球擁有了早期大氣層,這是一個以水蒸氣、二氧化碳為主的早期大氣層。

當地球再次冷卻——水能夠以液态形式存在于地表的時候,地球開始下雨,由于地球很熱不停地将水蒸發,是以這是一場持續時間很長的雨。

最終海洋形成,地球的命運迎來徹底改變,生命在水中出現。

地球是如何形成的?早期地球經曆了什麼,才讓它成為生命的搖籃?

最後:為什麼隻有地球有生命?

有一些科學家提出了宜居帶的概念(現在這個概念已被廣為接受),在宜居帶中的行星可以擁有液态水,這是生命所必需的。

地球正好占據了太陽系絕佳好位置,在它的軌道上,無論是近日點還是遠日點都處在了這樣的宜居帶中,這是它出現生命的必要條件。

可是為什麼同在宜居帶中的火星,卻一片死寂呢?

地球是如何形成的?早期地球經曆了什麼,才讓它成為生命的搖籃?

圖注:宜居帶中的地球和火星

原因就在于火星的大氣極為稀薄,而造成這種局面的“罪魁禍首”就是磁場,火星在某個階段失去了磁場,太陽風讓它再也無法保持足夠的大氣,以及液态水。

火星的自轉速度和地球差不多,同時考慮到它們彼此的形成也大同小異,是以火星失去磁場耐人尋味,有些科學家認為這可能是因為火星“個頭”太小了的緣故,這讓它的核心更快地冷卻了。

而地球則是那個自轉速度剛剛好,軌道剛剛好,“個頭”也剛剛好的太陽系行星,最終這裡有了這麼多姿多彩的生命和我們。

繼續閱讀