4地球年龄与生命起源

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,2,章 地球的起源与演化,从宇宙大爆炸到地球的形成,地球的起源和圈层分异,地球的年龄与生命起源,大气圈、水圈和生物圈的形成,生物圈的发展,3,地球的年龄与生命起源,地球的演化与生命的起源,地球从形成到今天已经有,46,亿年。若以,46,亿年比作人类的一年，那么在这“一年”中，,地球形成于一年肇始的,1,月初；,地壳于,2,月凝结（,38,亿年前）；,原古海洋在,3,月产生；,地球的形貌，结构和组成变化,46,亿年前,42,49,亿年前,25,10,亿年前,5,亿年前,1,亿年前,现代,最早的生命诞生于,4,月，但它们留下化石则已是,5,月间了,12,月中旬时，恐龙成为当时地球上的主宰；,灵长类的踪迹晚至,12,月,26,日才出现；,作为一代天骄的人类历史，如以,300,万年计，则直到,12,月,31,日“傍晚”的“,6,点,24,分”，方才姗姗来迟。但却恰好赶在“除夕”之夜的,新闻联播,之前，成为这一“年”内最具爆炸性的新闻,.,地球经历了原始化学分异后，形成了核、幔、壳组成的同心圈层结构；地球形成早期球外物质的加入对地球演化产生了一定的影响；圈层结构形成至今地球一直在进行化学演化。,地球从聚合成太阳系的一个行星（近,47,亿年前）起，经历的变化主要可以概括为：,1,、在地球形成初期，熔融的地球最早进行的化学作用是,分异成圈,过程，即由均一的物质分解出不混熔的液滴，不混熔的液滴不断聚集，导致密度大的物质下沉形成地核，实现了核、幔分异；,2,、随之，地幔逐渐冷却固化，易融物质因其熔点和密度较低，逐渐上浮至地球表层，冷却后形成地壳。,地球圈层结构的形成以地球的,化学分异,作用为主，其中包括,重力分异,等物理过程。,在45亿年前的银河系中，大量的尘埃和小行星围绕着早期的太阳旋转。这些转动的物质既有微小的灰尘，也有直径几百公里的小行星。不久，大大小小的物质开始相互碰撞。最初，碰撞是缓慢的，引力前所未有撞碎的空间物质结合在一起，形成了一个岩石体，这就是地球的雏形。,随着越来越多的碰撞物的聚集，地球逐渐长大了，其引力场也变得越来越强，使周围旋转的星际物质越来越快地拉向地球，以更强的力量冲击着地球表面，形成巨大的陨石坑，释放出大量的热。,在强大热量的作用下，地球的外层开始熔化，形成了一个沸腾的熔岩浅海。还有大量的热被地球内部吸收，埋藏在成吨的不断生长的岩石下面。这样的过程持续了几百万年，直到地球长成现在的大小。,到44亿年前，撞击的减少使岩浆海的活动减弱，地球的表面开始冷却，慢慢地，冷凝的岩浆形成一层薄而黑的地壳覆盖着地球。虽然行星撞击和火山喷发时不时地把地壳撕开，把炽热的岩浆喷向天空，但是，随着撞击的不断减少，冷却的不断进行，地球表面形成了越来越厚的地壳。冷却使大气中的水蒸气冷凝，水滴以降雨的形式落到地面上。不久，暴雨冲刷大地，形成了第一个水的海洋。这时的海水是酸性的，而且非常热，水温大概有100。,火山喷发和大量的降雨把一些元素带入海洋中，使海洋稍稍有一点儿盐度。环绕地球的大气仍充满着二氧化碳，并且密度大，具有腐蚀性。随着越来越多冷凝水的形成，阳光开始穿透黑云。这时海的周围矗立着高高的环形山，但水的侵蚀力量是巨大的，凶猛的洪水冲出深谷，冲蚀着山峰。最近的几次小行星撞击使海洋产生了滔天巨浪，海啸席卷了整个地球。因为那时的月球更接近地球，所以海洋中的潮汐作用很强。,大气中的二氧化碳开始溶入海洋，与海洋中的碳酸根离子形成碳酸钙或石灰石。随着沉积在海底的石灰石越来越多，大气中的二氧化碳逐渐减少，天空变得明亮起来。碳酸钙调节着海洋的酸性，使海洋的化学环境略带苦涩，其作用就像胃酸过多的人服用的抗酸药物一样。太阳的辐射增加，使地球的温度上升，大量的水从海洋中蒸发出来，使海平面下降，露出许多陆地。在雨水和河流的风化作用下，更多的矿物质从新的陆地进入海洋，海洋的盐度开始上升。,在这一时期，地球上的气候变化可能异常剧烈，同时火山喷发、地震海啸仍不断改造着地球表面。一些科学家认为，在这段时期，灾难性的小行星碰撞仍时有发生，海洋以几十年为周期不断地蒸发着、改造着。,地壳的结构与组成示意图,俯冲板块地壳物质被带至地幔,地幔岩发生部分熔融，产生的熔浆上升至地壳,大陆地壳,上地幔,地幔,板块俯冲过程,生命起源,地球上为什么有生命？,（1）地球提供了良好的生物场所,具有大气圈（可防止陨石、可防止紫外线、可稳定温度）,地球的铁质核心在旋转中产生磁场，可防止太阳电离层（电子风暴）,（2）生命的动力能量,来自太阳,（3）地球有极好的位置,冥王星距太阳太远,金星距太阳太近，星表温度400度,（4）生命自我复制，新陈代谢,（5）生物链,植物（1%被转换）,食草动物,食肉动物,生命起源的化学过程,（1）地球以外的化学进化,宇宙中有机小分子的合成，是通过星际尘埃来实现的。星际尘埃一般认为包括石墨、硅、固态的甲烷和氨，也有少量金属，星际尘埃的年龄通常与太阳系的年龄相当。特别是因为有些尘埃具有耐熔的有机质幔层，当它们处于离散星云中的紫外辐射之下，就有可能合成各种不同的有机小分子。在地球的早期演化过程中，星际有机分子可能通过彗星尾部对地球的“轰击”或者陨石撞击而大量进入地球，成为前生命化学进化的基本原料，或者参与化学进化的过程。,（2）生命起源的化学进化,地球化学证据表明，化学进化大约发生在太古宙早期，距今3 5003 900,Ma,年前，般认为，化学进化可分为4 个层次：,（1）无机分子的生成(,NH,4,、H,2,O、CH,4,、CO、CO,2,、NO),（2）,生物小分子的合成(氨基酸、嘌呤、嘧啶、糖、单核苷酸、,ATP,等高能化合物、脂类等),（3）生物大分子的合成(多肽、多聚核苷酸),（4）原始细胞的出现,（3）原始大气模拟实验,Miller,首次合成生物重要组成有机物的实验，他以,CH,4,、NH,4,和,H,2,为原料，模拟原始大气成分，在水蒸气的驱动下，在密闭的玻璃仪器内火花放电，结果生成了很多种低分酸和天冬氨酸,就是组成生物体蛋白质的氨基酸。此后，,Miller,的实验在不同条件下重复，采用不同成分的“大气”组成，利用不同的能源如紫外线、放射线、高温和强阳光等，生成了许多生命组成中的重要有机物质。实验一方面证明了地球上前生命化学进化的可能性，同时也使我们了解化学进化多种可能的途径，从而为前生命的化学进化研究提供了重要的思路。,生命起源,（1）对生命起源的识：,神创论,：,地球上一切生命都是上帝设计和创造的,宇宙论,：,生命宇宙固有，地球上的生命来自地球之外,自然起源论,：,地球上的生命是在特殊的条件下，通过化学的途径实现,（2）,地外生命的证据,40年前开始流行有生源说（胚种说），认为生命之源来源宇宙,在陨石中发现有遗传物质的主要成分-糖类化合物,墨、西天文学家在以恒星上发现有生命元素水蒸汽和强力磁场,细菌能够生活在超高压环境中18.6,T/cm,2,有机化合物阶段（化学汤）,大分子阶段,生命阶段,（3）生命起源的阶段,（4）细胞起源与进化,最早的生命体并不是以细胞的形式出现，如现代,病毒,。,细胞,的出现使生命有了自我保护的功能,细胞分为,原核,细胞（最早记录为35亿年）和,真核,细胞（最早记录为13亿年）,原核细胞和真核细胞,核物质,（5）生命史研究中的新进展,最早的生命可追溯到35亿年前,光合作用可能发生在35亿年前,真核细胞发生在19-20亿年前,多细胞生物在6-7亿年第一次出现,在地质历史中发生过多次大规模物种绝灭事件,生物有机体,（1）,有机体的组成,细胞,组织,器官,系统,细胞,：,具有利用能力量,、转化能量和分裂繁殖的 能力，分为细胞膜、细胞核和细胞质,组织,：形态、机能相似的细胞群，有一定机能,器官,：具有一定的形态和一定功能,系统,：由一系列密切关系的器官，完成一个过程,（2）有机体的发展,A.,原生动物：最低等的生物-单细胞生物,侧生动物,（演化中的,旁支,）,B.,原生动物,后生动物,（演化中的,主支,）,C.,后生动物中最原始的是二胚层腔肠动物,双胚层动物，它们身体只由内、外两层构成，如水母（,jellyfish）。,其中央的空腔当消化的肠子用，因而叫腔肠动物。,D,三胚层的形成,E,从,原口动物到后口动物,F,真体腔的形成,新元古代真核生物的进化,中国在新元古代真核生物的进化方面做出了重要贡献。在距今约6亿年的陡山沱期沉积岩中（贵州瓮安、开阳、息烽，、保康、石门、荆襄磷矿，安徽休宁蓝田、黟县和江西上饶等地），都保存了丰富的化石和大型带刺疑源类，这些最具特色的化石反映了新元古代陡山沱期真核生物的多样性。陡山沱期生物群代表了世界上早期真核生物进化史上的一次辐射事件。,磷酸盐化的多细胞藻类,磷酸盐化的动物胚胎化石,1,2,3,1、贵州瓮安陡山沱组磷块岩,浸泡获得的多细胞藻类化石,2、贵州瓮安陡山沱组磷块岩,中切片获得的多细胞藻类化石,3、贵州瓮安磷矿震旦系陡山,沱组磷块岩,细菌和蓝藻,真核细胞,(5.4亿年),