海洋的进化是怎样的？

地球及其海洋进化的故事无疑是世界上最伟大的奇迹、肥皂剧和灾难电影。地球是表演的大舞台，古今各种生命形式都在舞台上发挥作用。故事开始于一个陌生而陌生的环境，地面被小行星猛烈撞击，猛烈的火山不断喷发，频繁的大地震撕裂着降落的地面。偶尔，寒冷的温度会突然使地球陷入寒冷，而在其他时间，地球是一个温暖舒适的生命之地。当大陆漂移、碰撞或彼此分离时，海平面会上升和下降，在这一壮观景象中的角色也会发生变化。有时它们的形状相似，但有时它们是非常不同的生命形式。在灾难发生时，新的角色出现，而原来的一些个体受到致命伤害，而另一些则被新的优势物种取代。在整个故事中，一个不变的因素贯穿了大部分阶段，那就是海洋的存在和孕育生命。海洋及其居民在地球的发展和生命的进化中发挥着重要作用。我们人类相当于这个故事结尾的一个瞬间。但通过追溯海洋和生命的演变，以及地球不断变化的历史，我们对我们这个充满活力的星球、生命的脆弱以及我们自己人类的起源有了深刻的认识。这是一个每个人都应该知道的故事，因为它真实地揭示了我们自己的渺小和我们可能对地球产生的巨大影响。

在开始追溯历史的航程之前，重要的是记录下地球的历史是如何拼凑起来的，为什么会有一些碎片神秘失踪。我们可以用现代科技记录孩子的成长过程，让他们有一天能看到自己的出生和成长。可惜没有地球和海洋形成演化的视频记录。科学家只能从古老的岩石、化石和其他星球上寻找线索，重现地球和海洋的历史。比如我们对地球形成的认识，基本上来源于对星际碰撞、陨石、古陨石坑、惰性气体的研究。氙、氪、氩等惰性气体在太阳中含量丰富，但在地球上很少。

科学家在研究古代地球、海洋和早期海洋的生命时遇到的困难，是现代海洋取样的困难无法比拟的。从逻辑上讲，关于早期和原始海洋中生命的最佳信息应该来自海底的沉积物和埋藏的化石。然而，当我们讨论海洋的地质条件，海底的扩张和深海沟洋壳的消失时，我们发现洋壳在不断地循环。虽然地球有几十亿年的历史，但现代海洋中最古老的沉积物和岩石只有大约1.8亿年的历史。幸运的是，大陆板块没有明显的再循环，高山中的岩石往往含有古老的海洋沉积物和被抬升到海面以上的化石。然而，岩石和化石的记录远不完整，而且往往是零散的，这就增加了解释的难度。

几个世纪以来，科学家们在大陆、海洋甚至外太空寻找能够解开地球演化之谜的点点滴滴的证据。由于篇幅所限，本文只包括一些解释地球历史的化石和岩石的描述。

另一个将简要提及但更重要的信息来源是深海钻探计划(DSDP)及其后继者大洋钻探计划(ODP)。这两个计划是世界上科学家、技术人员和管理人员之间前所未有的合作，他们的目的是从深海海底收集沉积物和岩芯样本。这些深海孔隙数据为研究板块构造、海平面变化和全球气候变化提供了一些最重要和最丰富的科学数据。

地球有45亿年左右的历史，地球演化的时间尺度通常在几十亿年、几百万年、几十万年的量级。但我们往往以人的寿命长短来考虑时间尺度，量级是百年，细分后还有年、月、周、小时、分钟等时间段。地质学家在利用岩石研究地球历史时，认识到建立与地球演化阶段相对应的参考时间方法的必要性，于是设立了地质年代表。

地质年代的划分是根据某些化石或化石群的出现和消失。起初，地质时代分为两部分:有生命的时代和无生命的时代。近几十年来，研究发现原始生命的开始比以前认为的要早得多，从而改变了原始的编年系统。按照现在的分类，地球历史最早的时期叫做前寒武纪。从45亿年前到大约5.5亿年前，这一时期的生物进化不足以留下丰富的化石。从寒武纪(约5.5亿年前)开始，分为古生代、中生代和新生代，分别代表古代生物、过渡生物和现代生物的时代。

海洋的诞生

在地球早期成长过程中，定期发生巨大的星际碰撞，向大气中释放大量尘埃，阻挡了所有阳光，使地球陷入完全黑暗。彗星、大量冰冻气体和冰、小行星撞击地球，猛烈的风暴在地球上肆虐。巨大的撞击和持续的火山喷发造成的大爆炸，将埋藏在岩石中的水和气体释放到大气中。此时，大气条件恶劣，密度高，由二氧化碳、水蒸气、氮气和其他几种气体组成。尘埃、蒸汽和火山灰形成的黑云笼罩天空，霹雳划破黑暗，炽热的岩浆海在地面沸腾搅动。早期地球的黑暗让人无法想象它会变成一颗蓝色的星球。

科学家使用一种新技术来估计地球诞生的时间:放射性年代测定法。地球上所有的元素都有一定的原子量，因为它们的原子核中中子和质子的数目不同。有些元素，如铀、镭、钾、碳，由于同一种元素的原子核中中子数不同而有几种不同的表现形式，称为元素的同位素。虽然同位素的原子量不同，但它们的化学性质是相同的。有些同位素不稳定，具有放射性。放射性同位素以一定的速率衰变，这个速率叫做半衰期。一种元素的半衰期是该元素从其原始质量衰变到一半所需的时间。如果地质学家知道一种元素的半衰期，他们可以通过测量每个主体和子体(衰变的产物)的质量来计算岩石的年龄。比如碳有三种同位素:两种是稳定的(碳12和碳13)；一种是不稳定的，也就是放射性的(碳14)。当碳14衰变时，它释放热量并产生氮14。碳14的半衰期是5570年，也就是说，某种物质中的碳14将碳14的一半转化为氮14需要5570年。地质学家可以通过测量岩石中碳14和氮14的含量来估计岩石的年龄，这就是碳年代测定法。

科学家认为陨石和地球年龄相同。通过对陨石的放射性定年，得出陨石有45亿年的历史。现在，科学家认为地球在早期形成过程中被一颗巨大的小行星撞击，分离了地球的一部分，形成了月球。所有月球岩石的年代测定结果都略低于45亿年。古代陨石坑，尤其是月球表面陨石坑中岩石的年代测定结果表明，大约45亿年前，地球已经发展到现在的大小，彗星和小行星的撞击频率开始减缓。

到44亿年前，撞击的减少减弱了岩浆海的活动，地球表面开始变冷。慢慢地，凝结的岩浆形成了一层薄薄的黑色地壳覆盖着地球。虽然行星撞击和火山爆发时不时撕裂地壳，向天空喷射炽热的岩浆，但随着撞击的减少和不断冷却，地球表面的地壳越来越厚。冷却使大气中的水蒸气凝结，水滴以雨的形式落到地面。很快，大雨冲刷着大地，形成了第一个水的海洋。此时海水呈酸性，非常热，水温约为100℃(212°F)。火山爆发和暴雨将一些元素带入海洋，使海洋略带咸味。地球周围的大气层仍然充满二氧化碳，二氧化碳密度大，具有腐蚀性。随着越来越多冷凝水的形成，阳光开始穿透乌云。此时，海面四周有高高的环形山，但水的侵蚀力量是巨大的，凶猛的洪水冲出深谷，侵蚀着山峰。最近的小行星撞击在海洋中引起了巨大的波浪，海啸席卷了整个地球。因为那时月亮离得更近；地球，所以海洋中的潮汐非常强烈。

大气中的二氧化碳开始溶解到海洋中，与海洋中的碳酸根离子结合，形成碳酸钙或石灰石。随着越来越多的石灰石沉积在海底，大气中的二氧化碳逐渐减少，天空变得更加明亮。碳酸钙调节海洋的酸度，使海洋的化学环境略苦，其作用就像胃酸过多的人服用的抗酸剂一样。太阳辐射的增加使得地球温度上升，大量的水从海洋中蒸发，使得海平面下降，露出大量陆地。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。

在此期间，地球上的气候变化可能极其剧烈，火山爆发、地震和海啸不断改造地球表面。一些科学家认为，在此期间，灾难性的小行星碰撞仍时有发生，海洋几十年来不断蒸发和转化。