按：《环境的演变》是我1993年出版的高校教材《地理科学导论》一节，最近该书要修订出版，这里登出修改稿。由于我最近几年作现代气候变化，关于古环境变化的最新发展不够熟悉了，特别是实际上也出现了不同观点。这里我登出新的稿件，一则起一些科普作用；二则希望获得一些指正意见。

当然不希望别有用心的人捣乱。

地球环境从地球诞生起就在演变，长期原来导致环境演变的直接动力第一是地质运动，第二是气候变化，第三是生物的改造作用。

1.最初的地球

地球大约形成在46亿年前，地球的这个初生时代被称为Hadean，这个词我把它翻译为“骇沌”，这个近音译，有混沌初开的意思也要有令人生畏的意思。骇沌代的天空是闪电与流星雨的世界，由于没有臭氧层，看不见的紫外线大量地涌入地球，不适合生命。那时地球可能存在一个超基性的薄薄的壳，岩浆涌出地面并且熔蚀这个地壳。有些地方形成了火山岛弧，它们时刻准备着成为未来大陆的核。大约44~43亿年前，地球从火山喷发和宇宙中获得了水，形成了原始海洋，原始海洋的出现，形成降水和流水，侵蚀最初的地壳岩石，地球进入了一个新的环境演变时代。在40~10亿年的30亿年中，现代化学化学成分的大气圈逐渐形成，最初大气的成分类似现代火山的气态喷出物——H2O, CO2, SO2, S2, Cl2, N2, NH3和CH4.大约在34.5亿年出现的青藻菌开始分解二氧化碳，形成大气的氧气成分。

图1 骇沌代的地球

最古老的岩石出现在西澳大利亚的Jack 丘陵（44亿年），加拿大的Great Slave 湖地区 (40亿年)、西格林兰 (37到 38亿年)，北密西地区(35~37亿年)和斯威士兰地区 (34~35亿年)。这些岩石的出现意味着陆地环境的形成，或者说陆壳形成。最早的微生物化石出现在39亿年前，化石形成了叠层石的礁石，这是有证据的地球生命起点。

从38亿年到25亿年被称为太古代，经过骇沌代，大约在38亿年前，地球上已经出现了许多原大陆陆块（protocontinental landmasses），在地幔炽热的涡流启动下移动，相互碰撞。最初形成了上百个小陆块和岛弧，这种陆块随着海盆移动，他们相互碰撞形成连接在一起并且形成山脉。大约30亿年年前出现了一个陆块群，称为乌尔（Ur），它由现在的非洲、印度、澳大利亚和南极洲的一些单元构成。到28亿年前，地球已经形成泛大陆瓦尔巴拉（Vaalbara），现在地球上的克拉通加拿大克拉通、南非的Kaapvaal 和西澳大利亚 Pilbara就是它的核心构成。图2是地球是太古代（28~25亿年）岩石的分布区。到25亿年前，现代大陆的70%已经形成，不过它们分布在各种陆块上。

 

图2  太古代的原大陆陆块的现代分布

（来自http://paleogeology.blogspot.com/2008/12/archaean-supercontinents.html）

 

大约27.3亿年，瓦尔巴拉开始分离，南非的Kaapvaal 和西澳大利亚 Pilbara分开，而且向低纬方向旋转了30°。分离的大陆其中一块是乌尔（Ur） ，乌尔作为一个整体大陆存在至少在2亿年前才分离，乌尔大陆现在形成了非洲、澳大利亚、印度和马达加斯加的部分。另一个大陆克洛兰（Kenorland）, 克洛兰的主体现在出露在澳大利亚。有人认为克洛兰，曾经也是一个泛大陆，位于低纬地区，直到24亿年，这个大陆分离了，24~24.5亿年间他分离了，从纬度15°，30°和70°分布有大陆，这就形成了不同的气候环境。在这个时期，大气氧的成分迅速增加导致温室气体的减少，伴随着温室气体的减少，地球上出现了大约持续6千万年的冰期，全球温度低于零度，被称为地球的雪球年代。

从25亿年到5.4亿年称为元古代。大约25亿年前北美和西伯利亚构成的阿提亚（Artica）大陆已经形成，因此可以认为它是太古代的产物。在距今20亿年左右，形成陆大西洲（Atlantica）陆块（包含东南美洲一部分和西非）和波罗地陆块（北欧），它们分别包含了，在19亿年，阿提亚与波罗地碰撞形成山脉和统一的陆地，Rogers和Santosh 等 (2002)称这时它们与乌尔联结在一起，形成为哥伦比亚泛大陆。到距今15亿年时，哥伦比亚大陆破裂形成许多新的大陆块。这时华北古大陆属于哥伦比亚超大陆的组成部分，在造山及裂解事件群的性质、特点和时代等特征上，华北与北美、西伯利亚和西北欧有更大的相似性。总之，地球大陆的80%已经形成。

在这些基础上，约10.5亿年至7.5亿年前，地球上陆块有聚集形成了泛大陆罗迪尼亚（Rodinia）。由于缺少具有硬壳的化石以及可信的古地磁资料，使得要重建元古代晚期时期的古地理图非常地困难，罗迪尼亚的正确大小与组成明确并不清楚，但可以肯定北美洲当时位于罗迪尼亚的中心，北美东岸紧连着南美的西岸，而北美西岸则是连接着澳大利亚大陆与南极洲。依据所能获得的资料，这张7.5亿前的古地理图是人们所能描绘出最古老的时代的地图。陆松年等（2004）提出中国塔里木和扬子克拉通属于罗迪尼亚，但是华北克拉通未出现与罗迪尼亚超大陆汇聚和裂解作用有关的强烈的新元古代热-构造事件群，应该不属于罗迪尼亚。

 

图3  7.5 亿年罗迪尼亚大陆存在时的海陆分布（注意刚果地盾可能独立于这个大陆）

 

罗迪尼亚大约在7.5亿后分裂成两半，中间是古泛大洋（Panthalassic  Ocean）。北美洲陆块往南向着冰雪覆盖的南极旋转。分裂出来的罗迪尼亚大陆的一半部基本上包括了南极大陆(Antarctica)、澳大利亚(Australia)、印度(India)、阿拉伯(Arabia)，以及成为今天中国的一部份大陆碎块，这基本上就是最初的冈瓦纳大陆（图4）。冈瓦纳以逆时针的方向旋转，穿越严寒的极地，因此这个时期发生了冰期。另外还存在较小的第三大陆——刚果地盾(Congo)。有学者认为，在元古代即将结束之际，大约距今5.4亿前，这三个大陆再次因为碰撞而形成了一个新的泛大陆潘诺西亚（Pannotia），与这次碰撞相关的造山运动事件则被称为泛非（Pan-African）褶皱造山活动。不过现在这个观点被认可的不多。

在元古代晚期的地球气候是非常寒冷的。已经在所有邻近大陆上找到冰川的证据，这个冰川时代形成的原因至今仍困惑着地质学家们。目前最受认同的假设则是认为，当时整个地球的海洋都被冰冻，成为一个巨大的雪球，这个雪球假说（Snowball Earth）的证据是表层岩石中同位素异常。也有不少人认为当时大陆的碰撞与泛大陆的形成，许多大陆不是紧邻北极就是南极，导致全世界进入一个全球的"冰室"。然而当时位于赤道附近的澳大利亚也出现冰的遗迹，挑战了这个看法，有人提出当时有可能地轴对着太阳，这样地球半年是冰期，半年是暖期，这个想法的问题是地轴是否真的这样偏移过。但是有人提出有证据说明北美、欧洲、西伯利亚和冈瓦纳大陆的东部是温暖和阳光灿烂的。另外的学说从地球内部循环解释“雪球”。雪球的产生与消退被认为存在某种循环联系。最初因某种原因导致大气中二氧化碳丧失，这样地球的温室效率下降，极地、大陆山脉的冰川形成并且扩张，冰川导致地球反射率增加，气温进一步下降，冰川进一步扩张。这样水循环停止，大气降雪停止，同时由于冰川覆盖大洋的光合作用停止，大洋变成厌氧环境。冰川由于没有雪的补充停止发育，发生退缩和断裂，厌氧环境使得海洋的碳酸盐形成缓慢，火山喷出的二氧化碳再加温室效应，地球创新变得温暖。有证据说在元古代，7.2亿年、6.3亿年和5.8亿年都发生了冰期气候，有的学者认为，距今7.2~5.8亿年就是一个统一的超级冰川发育时期，被称为冰室时代。


图4 6.5亿年年前的时间海陆分布。请注意那时候今天北半球的许多部分是在南半球的，不过我们中国的华南、华北处于大陆的北端

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