地球的起源和演变：从宇宙大爆炸到人类的将来(31-36)

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虽然这是一个关于自然科学的课程, 但讨论范围到从宇宙大爆炸到太阳系形成到地球上生命演变, 解答了“人类从哪里来”的(哲学)问题

非专业人士的学习笔记, 难免有误, 请指教

地球的起源和演变：从宇宙大爆炸到人类的将来

第三十一课 最早的微生物和分子化石

太古代古生物学(Archean Paleontology)
微生物没有骨头或贝壳 - 软组织很难形成化石
如果很快在无氧的细砂环境中成为沉积层, 且以后形成的沉积岩没有经过高温高压, 也没有被污染
分子中较强的碳结构有可能保存下来 - 长碳链或几个相连的碳环

化石记录和光合作用
微生物垫(microbial mats) - 浅水环境里藻类的立足点
微生物垫应该是有光合作用能力的藻类建立的 - 合理的解释

微生物化石
黑燧石(black chert) - 富含硅
黑色页岩(black shales) - 富含碳
叠层石(stromatolites) - 常在石灰石中保存的穹顶状岩石
砂岩(sandstone) - 保存了微生物垫的各种形态

第三十二课 微生物垫(microbial mats)

微生物垫
黑燧石和黑色页岩代表地下生态环境 - 靠化学能而非光能
叠层石 - 不一定需要光合作用
砂岩中的微生物垫遗迹 - 需要很多能量才能建造出, 合理解释是用光合作用产生所需能量. 最早光合作用不一定产生氧气

地球大气层的逐步氧化
25亿年前地球的大气层几乎没有氧气
几次重要氧化的时间段 - 约24亿年前, 约7到6亿年前, 约3到2亿年前

水地球化学(Aqueous Geochemistry)
每种矿物都只能在特定的物理化学环境下形成
如果某种元素可以有多个价位, 例如铁可以是+2价或+3价, 它对环境里的氧会很敏感
根据形成的矿物, 24亿年前水里没有什么氧气

第三十三课 地球矿物种类大爆发

铍和硼形成的矿物
(4)铍比其它+2价金属小很多 -> 形成周围有4个氧原子的特殊晶体 -> 不易混其它矿物
含铍矿物出现的时间表 - 新矿物在几段时间集中出现
约30亿年前, 约28-26亿年前, 18亿年前, 10亿年前, 5亿年前
(5)硼的新矿物出现时间表和铍矿物几乎重合

超级大陆形成和解体
大陆架碰撞 -> 更多岩石熔化 -> 液态元素形成新岩石
超级大陆
肯诺兰(Kenorland) - 28-25亿年前形成, 1亿年后解体
哥伦比亚(Columbia) - 20亿年前形成, 2亿年后解体
罗迪尼亚(Rodinia) - 12亿年前形成, 2.5亿年后解体

存在生命和大气中氧气含量增加是地球上矿物种类众多的重要原因
地下水, 并非空气, 才是溶解, 运输, 化学改变岩石的主要作用
含氧水需要很长时间才能循环到富含金属的矿层

第三十四课 无聊的十亿年和古陆核(craton)

无聊的十亿年 - 从18.5亿到8.5亿年前
没有大的天气变化, 没有冰川, 没出现太多新矿物, 大气和海洋的化学成分没的变化
演变还在继续
氧化逐渐深入地下
一些矿床形成
超级大陆形成, 然后分离
可能的生命进化 - 真核细胞, 有性生殖, 细胞分化(以后的真菌, 植物, 动物), 趋向多细胞生命

板块构造和古陆核
古地磁数据 - 确定岩石形成时的纬度
沉积岩 - 不同地理/生物环境产生不同沉积岩
动植物化石
大陆碰撞 -> 俯冲带 -> 生成更多花岗岩
古陆核 - 长期稳定的矿物, 早期大陆的遗留物

第三十五课 超级大陆周期

哥伦比亚(Columbia)
约20-18亿年前形成, 南北约8,000英里, 东西约3,000英里
大陆中心主要是又干又热的沙漠, 大陆边缘缓慢增大
冰川冰原很少或没有 - 海平面较高
浅水区域形成了很厚的沉积层

罗迪尼亚(Rodinia)
约13亿年形成, 广泛的造山运动
11亿年前到8.5亿年前缺沉积岩记录 - 缺乏沉积岩形成条件

海底岩石和矿物
一般生物需要氮元素(N), 但只能用类似氨(NH3)的化合物, 不能直接使用氮气(N2) -> 固氮酶(nitrogenase)可以把氮气转化成氨, 须有铁或钼(molybdenum) -> 如果海水里铁和钼含量很少, 生物进化速度会很慢

第三十六课 反馈回路(Feedback Loops)和临界点(Tipping Points)

复杂系统与意外后果定律(the Law of Unintended Consequences)
意外后果定律 - 复杂系统里, 例如生态系统, 不可能改变系统的一部分而不影响其它部分

反馈回路和临界点
地球的生态地质系统包括很多负反馈回路, 可以在近地表范围维护相对稳定的环境参数, 如气温和湿度
例如从18.5亿到8.5亿年前之间的稳定的10亿年
反馈回路有临界点 - 系统参数越过临界后会从一个平衡状态移动到另一个平衡状态