文章转载自“科学人文在线”
地球是演化的，它有“生命”，它经历了出生、成长和成熟的过程；岩石就像骨骼和肌肉，组成和支撑了地球的格架和躯体；地层就像史书，能告诉我们地球的生长和演化历史；岩浆和气液流体就像血液和呼吸，维持着地球的生命和运转；人们根据地球记录的生长信息，认识地球的生命历程。地球现阶段正处于成熟的中年阶段。
地球多少岁了？
按照大陆的神话传说，地球至少有几万年历史了。在大陆的神话传说中，4万～5万年前，“天地混沌”，没有分开，这时候盘古出生了。他在混沌中睡了18000年，突然醒了。他见四周漆黑，就用大斧猛劈，轻的上升成为天，重的下降成为地（“盘古开天”）。不过，那时候的地——“地球”是方形的，有四极。盘古怕天地再次融合成为混沌，就站在地上用手顶着天，天每天长高一丈，盘古也就跟着长高一丈。18000年后，盘古倒下了，他的四肢变成四极，仍然“顶天立地”，他的皮肤变成大地，血液变成河流，气息变成风云，汗水变成雨露。盘古之后，女娲模仿自己，用“土”造出万物（“女娲造人”），但后来社会动荡，水神共工氏和火神祝融氏大战，结果共工氏因为大败而怒撞世界的支柱不周山，女娲于是用五彩石补天（“女娲补天”）。
按照《圣经》的说法，地球的形成不超过1万年。
18世纪初，英国物理学家埃德蒙·哈雷（Edmond Halley）提出，假设海水形成时是淡的，那么根据每年由陆地冲洗进入海洋的盐分，以及海水中的总含盐量，推测地球的年龄大约为1亿年。1854年，德国伟大的科学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹（Hermann von Helmholtz）根据他对太阳能量的估算，认为地球的年龄不超过2500万年。1862年，英国著名物理学家约瑟夫·约翰·汤姆生（Joseph John Thomson）提出，地球从早期炽热状态中冷却到如今的状态，需要2000万～4000万年。
20世纪初，科学家开发了同位素地质测年方法，根据当时获得的岩石的最老年龄，提出地球有35亿年。但是，这个岩石未必是地球上最古老的岩石。到了20世纪60年代，科学家测定了取自月球表面的岩石标本，发现月球的年龄在44亿～46亿年，并基于地球、月球同时形成的假说，提出地球有44亿～46亿年历史。后来，更多的陨石年龄限定地球的年龄约为46亿年。
地球上每天都有新的岩石“出生”，有的形成于火山爆发的过程中，有的形成于湖泊和海洋沉积的过程中……岩石形成后，有的被逐渐风化，有的被岩浆作用过程熔融……岩石也有生命周期。地球上最老的岩石有多少年？地球形成时就有岩石吗？
地球上最古老的现在有确切年龄的岩石位于加拿大北部阿卡斯塔河（Acasta River）中的一个小岛上，这块岩石被称为“阿卡斯塔”（英云闪长质）片麻岩，年龄40亿年。片麻岩的外貌好似麻糖，有如芝麻的深浅不同的矿物集合体在上面定向排列，断续分布，形成条带状，英云闪长质是一种主要由长石石英等矿物组成的岩石。这样的岩石常形成于10千米以下的地壳中，是应力下岩石中不同矿物差异分布形成的。阿卡斯塔片麻岩产于加拿大西北领地阿卡斯塔河中一个面积不足0.5平方千米的小岛上。该岛上唯一的一幢建筑是一间为地质学家工作和生活而搭建的临时圆形铁皮屋，该“庇护所”被地质学家亲切地称为“阿卡斯塔市政厅”。加拿大西北领地面积300多万平方千米，原住民为因纽特人，其首府为黄刀镇（Yellowknife），常住人口只有2万多人。去往“阿卡斯塔市政厅”没有公路，最便捷的方式是乘坐可以降落在湖面上的直升机。阿卡斯塔片麻岩只是小岛岩石组成中非常小的部分，其他岩石多为38亿～33亿年的片麻岩和辉长岩，最年轻的约12亿多年（辉长岩）。尽管这些岩石仅仅是40亿年的大陆被保存下来的极小部分，但却为恢复当时大陆的样子提供了最珍贵的样品。
人们在格陵兰岛、澳大利亚、西伯利亚等地发现了比40亿年稍年轻的岩石——39亿～38亿年的类似片麻岩。大陆鞍山地区也有这一年龄的岩石，产出于东山—白家坟一带，现在已经被保护起来了。鞍山和澳大利亚的古老岩石出露的面积较小，有的像枕头大小，一块一块的，形状不规则。格陵兰岛出露的古老岩石的面积非常大（千米尺度），科学家认为这些岩石大致保存了地球上最古老的地壳。
还能找到更老的岩石吗？答案几乎是肯定的！科学家已经发现了44亿年岩石残存下来的矿物——锆石。这种矿物在岩石中的含量微不足道，但是即使在1000℃的高温下也不容易熔融，因而容易保存下来。这类矿物发现于西澳大利亚杰克峰（Jack Hills）的沉积岩（砾岩）中，它们显示锆石矿物生长形成的环带，保留了44亿年的年龄信息。该岩石是25亿～18亿年前的河流携带的碎屑沉积成岩形成的。研究表明，这些矿物记录了与地表水相互作用的信息，而且它们形成于类似于现今大陆主体岩石——花岗岩（如黄山和泰山山顶的岩石）之中。这说明，44亿年前地球上不但有岩石，还有一定规模的大陆，而且当时的大陆岩石和现在有一些相似之处。既然理论推测存在更加古老的岩石，那么就有可能被保存下来并等待我们去发现。
有没有比44亿年更老的岩石？地球46亿年前形成时是否就形成了岩石？科学家认为，地球最开始时的表面非常炙热，没有岩石，没有地壳，呈岩浆状态，称为“岩浆洋”或者“岩浆海”。岩浆洋冷却可能形成了斜长岩。斜长岩是一种几乎全部由斜长石矿物（可用来做陶瓷和玻璃，部分夜光石也属于同族矿物）形成的岩石，是岩浆洋中结晶的密度比岩浆的密度小的矿物，它们漂浮聚集在岩浆洋最表层，形成岩石。月球看上去更亮的部分（“高地”）就是由斜长岩形成的。月球上最古老的岩石是斜长岩，它的同位素地质年龄达45亿年。虽然地球最早结晶出来的岩石类型是片麻岩，但也有科学家认为地球最早的地壳（原始地壳）表面看起来可能和月球上的高地一样，是由斜长岩组成的。斜长岩稍微风化，就呈现瓷白色，想象一下当时瓷白色没有植被的地球，一定非常壮观！可惜的是，科学家还很难测定斜长岩的准确年龄，也还没有确认地球上是否残存有大于44亿年的斜长岩。
40亿～38亿年的岩石，仅仅呈小的岩块残存在更年轻的岩石中。地球上成规模的老地壳在哪？在格陵兰的伊苏瓦（Isua）。该地区部分地壳形成于38亿年前，面积为500平方千米。这是目前所知地球上38亿年以上年龄的地壳中面积最大的一块。
地球的史书
查阅典籍，探究遗迹，我们可以感知人类历史的发展历程，感叹兴衰更迭、沧桑巨变，就像《诗经》里面讲的“高岸为谷，深谷为陵”。人类的历史只有数千年，而地球的历史有40多亿年，这些历史如何探查呢？地球的历史也有“撰写者”，它们是分布广泛的地层。一套地层就像是一本史书，翻开这一本本史书，我们可以揭示地层的形成及环境的变化，我们也可以想象地球“沧海桑田”的演化历史。
地层是在地壳发展过程中形成的各种成层岩石的总称。地层的主要岩石组成是沉积岩，还包括变质的和火山成因的成层岩石。虽然沉积岩只占整个岩石圈体积的5%，但是分布面积却是陆地面积的75%，大洋的底部几乎全部被沉积岩或是沉积物覆盖。
在地壳表层的条件下，由母岩风化后的碎屑沉积物通过流水或风的搬运，以及之后的沉积和成岩作用，最终形成沉积岩。正常来说，沉积岩形成之初是呈水平层状产出的，随着时间层层地由下至上沉积成岩，由此称为沉积地层。沉积岩相对稳定，在一定范围内是连续分布的，最大的特点就是下面的地层时代老，上面的地层时代新。
不过，地层的形态错综复杂。它们或因构造运动使原始水平状态变得倾斜甚至弯曲，或因地震活动使原始连续地层发生断开或错动，或因地壳运动使地层发生剥蚀而缺失，或因变质作用使地层产状和面貌完全改变。它们就如同一本古老的书被弯折毁坏、混乱页序，必须重新考证、理清顺序、分章划段再进行研究。因此，地质学家在野外研究地层时，常选择地层出露完全、顺序正常、接触关系清楚、化石保存良好，可供划分、对比的标准剖面。
山川河流，沧海桑田，地球环境变化和生物的演化历史可以通过不同时代地层的信息解析和重建。地质学家发现，在不同的沉积环境和成岩过程中，沉积岩在岩性特征、古生物（化石）组成以及地球化学特征上有显著的差别。同时，地层之间的接触关系中的不整合可以反映地理环境的重大变化，如地壳的升降运动或褶皱变形。
沉积岩的岩性包括物质成分、粒度大小、磨圆度、颜色、岩石类型，以及沉积地层的结构、构造等。岩性的特征可以从侧面反映沉积岩形成的沉积环境。例如，粒度大小、磨圆度反映搬运力的强弱和搬运距离的远近，颜色标志着形成时的氧化还原条件，层理、波浪等构造反映了沉积过程中的水动力条件。
化石是保存在地层中地质时期的生物遗体（如动物骨骼、硬壳）和遗迹（动物足印、虫穴、蛋、粪便）。不同时代的地层常含有不同种类的古生物或古生物群，如寒武纪的代表性海洋生物有三叶虫和奇虾等，志留纪的代表性海生生物为笔石，泥盆纪则是“鱼类时代”，侏罗纪时期海洋的霸主是鱼龙类和蛇颈龙类。因此可以利用生物化石估计地层的大致时代和进行地层的对比。
根据一个地区地层中的岩性、古生物和构造运动特征等，可以建立区域性的地层新老关系和年代顺序。经过更大范围的行地层对比，还可以建立大区域的甚至全球的地层年代顺序。
地层中的化石、岩性和地球化学特征蕴藏着地质时期环境的各种信息，科学家们通过破译这些信息解读当时的环境特征，如古水流的方向或古地理的方位、海水的氧化还原情况和构造的运动等，最终恢复地球的漫长历史。
地球的生命历程
我们的地球是一个蓝色星球，孕育着生命。地球现在是46亿年，正处于一个很活跃的中青年时期。但是月球却演化的十分“着急”，演化了约33亿年后耗尽能量，失掉生命力，成为死亡的星球。火星行将就木，地表砂砾纵横，地表平均温度只有-65℃，大气稀薄而寒冷。
地球跟万物一样都有生命，最终也会能量耗尽，走向死亡，像月球一样安静，但不会发生爆炸。科学家预言地球能量全部消耗掉、变成像月球一样死亡的星球还需要40多亿年。根据适当的水与氧气的量，地球还能维持生命超过10亿年。也有科学家预言，由于人类活动加剧导致的生态环境恶化，也许会使地球更快速地不利于生命生存。
漫长的地球历史逐渐的演化发展，可以分为不同的阶段。为了镌刻这悠久的历史，地质学家们建立了一套地质年代体系来表示不同的阶段，这些单位从大到小分别称为宙、代、纪、世、期。其中，宙是最大的地质年代单位，有冥古宙、太古宙、元古宙和显生宙。每个宙下可以进一步划分为代，如显生宙地质时代又可划分为三个代，即古生代、中生代和新生代。每个代的时间有数亿年之久。纪是每个代的进一步细分，如古生代分为寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪、二叠纪，中生代分为三叠纪、侏罗纪和白垩纪，新生代分为古近纪、新近纪和第四纪。每个纪都有不同的自然环境和独特的古生物种属，是最常用的一级地质时代单位，如寒武纪的三叶虫、石炭纪的蕨类植物、侏罗纪和白垩纪的恐龙等。
每个阶段都有其不同的演化历史。
冥古宙（40亿年前）是地球上地壳岩石初步形成的阶段，这些岩石中的绝大部分甚至全部没有保存下来。岩石由矿物组成，部分容易保留的矿物（如锆石）却保留了下来。通过与至今还保留着冥古宙岩石地壳的月球进行对比，我们可以想象冥古宙阶段的地球。
太古宙（40亿～25亿年前）是稳定大陆形成的阶段。稳定大陆，我们称之为克拉通。全球保存最老的岩石是加拿大北部阿卡斯塔的片麻岩，为40.4亿年。这一年龄标志着太古宙的开始。地球上保留下来的最老的地壳为38亿～33亿年，留存于格陵兰，面积相当于3 个河北省的面积。
元古宙（25亿～5.41亿年前）是大气圈演化的重要阶段，元古宙晚期是“生命大爆发”的阶段。大约23亿年前，地球表面空气稀薄，氧气浓度非常低，空气中甲烷（CH4）、硫化氢（H2S）等气体的浓度可能都大于氧气的浓度。23亿～20亿年，地球表层的氧气经历了一个浓度突然增加的过程，称为“大氧化事件”。
显生宙（5.41亿年前至今）是生命繁荣的阶段。显生宙进一步分为古生代、中生代和新生代三个时代。人类出现于新生代。
本文摘编自《运动：地球的生命密码》（翟明国 主编），标题有调整。科学创造未来，人文温暖世界。在科技引领发展的时代，与您共同关注科技史、科技哲学、科技前沿与科学传播，关注人类社会的可持续发展。科学人文在线，创造有价值的阅读！欢迎关注、点赞、留言、转发、参与赠书活动，联系邮箱：[email protected]。
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内容简介
地球从诞生那一刻起就激情四射，充满活力。由内向外、从小到大，在各种时间和空间尺度上，地球永不停息地运动着，以独有的方式演绎着自己不平凡的一生。本书带我们去探寻：人类怎样一步步弄清地球内部结构？地球经历了怎样剧烈的诞生过程？岩石如何记录古老地球历史？沧海桑田是如何演进的？火热的岩浆和无处不在的流体如何形成丰富矿产？在阅读过程中，您将逐渐破译地球的“生命密码”。全书精彩展现了从未知、怀疑到科学探索的过程，有困惑，有惊喜，令人着迷。希望年轻一代接受挑战，继续探索地球的未解之谜。
本书融科学性、知识性、趣味性于一体，有益于培养科学兴趣、开阔思维视野、挖掘内在潜能，适合对科学、大自然和未来感兴趣的大众读者阅读。
作者介绍
翟明国中国科学院院士，发展中国家科学院院士，中国科学院大学资深讲座教授，中国科学院地质与地球物理研究所研究员。主要研究领域是前寒武纪地质学和变质地质学、岩石学和矿床学，研究方向为大陆早期演化和大陆成矿作用。在早期陆壳的形成与增长、前寒武纪与显生宙变质作用和动力学机制的异同等前沿核心科学问题及大陆演化历史与矿产资源的富集机制等方面取得系统性的创新成果。曾获国家自然科学奖二等奖两项，中国科学院自然科学奖一等奖一项、二等奖两项，国土资源科学技术奖一等奖一项，教育部自然科学奖一等奖一项，以及何梁何利基金科学与技术进步奖、韩国地质特殊贡献奖等。
（本文编辑 朱萍萍）
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