地球文明就像火花

地球的歷史將近有46億年，而地球上已知最老岩石的年齡約為38億年。這樣就有8億年歷史沒有留下岩石記錄。因此地球的起源及其地殼、大氣與大洋的早期演化歷史，只能根據間接證據去推斷。根據對恆星早期演化階段的觀察，並運用比較的方法，我們可以推斷太陽系的形成過程。而地球的地殼、地幔、大氣與大洋的形成與發展，則可根據對月球、隕石、小行星、其他行星及太陽的研究進行推斷。

一、地球的起源

科學家們過去常認為包括地球、水星、金星、火星在內的石質行星是一塊塵埃雲快速引力坍縮而形成的。這種坍縮產生了緻密的球體，但在20世紀60年代，阿波羅太空計劃的有關研究成果改變了這種觀點。對月坑的研究揭示出這些坑是由於在距今約45億年時大量天體的撞擊而形成的。此後，撞擊的次數看來很快減少。這一研究結果使斯米特（Otto Shmidt）提出的吸積理論恢復了活力。這位蘇聯地球物理學家於1944年提出：行星是一步一步地逐漸增大其體積的。根據斯米特的見解，宇宙塵團聚在一起成為顆粒，顆粒變成礫石。礫石變成小球，然後變成大球，再變成微行星（即星子），最後，塵埃終於變成了月球那樣的大小。隨著星體越來越大，它們的數目就減少。結果，星體（即隕石）之間碰撞的機會就減少，能夠用於吸積的東西越來越少，這意味著為了集結成大行星這一作用要進行很長的時問。由華盛頓卡內基研究所的韋瑟里爾（George .W. Wetherill）進行的計算表明，一個直徑10千米大小的天體變成地球這樣的天體需要經過大約一億年的時間。

二、地核、地幔、地殼的分離

按照地球是由星際物質相互吸引、聚積而形成的假說，地球是由冷變熱的。地球內部所具有的高溫，是由於星雲物質機械碰撞產生的熱，以及地球內部放射性元素衰變產生的熱。這一時期地球內部蘊藏有豐富的短半衰期的放射性同位素，它們應產生大量熱能。在上述兩種熱能的作用下，原始地球不斷增溫，在其內部某個深度上首先達到物質發生熔融的程度，並開始物質按比重的分異。重者下沉，輕者上浮。

比重大而熔點低的鐵、鎳等元素最先分離出來並向地心集中，導致形成地核。在重力分異過程中，還伴隨著物質的位能向熱能轉化。因而，地內上層的岩石也相繼發生熔融，結果，較輕的鐵鎂硅酸鹽物質向上集中，導致原始地幔形成。原始地幔的表層同時在失熱，變硬，遂形成堅硬外殼，這就是原始地殼。由上述可見，這一時期物質的熱狀態及與之相關的重力分異作用，在形成地球內部的層圈構造中，具有決定性意義。

三、大氣圈及水圈的形成與演化

大氣圈和太陽相比，氫、氮與惰性氣體（如氬、氖和氙等）已大部分耗盡。當代的地球，氖對硅的比率僅是太陽的1/1010。因此地球的大氣顯然並不完全是來自太陽星雲中的氣體部分。地球早期大氣常被假定由甲烷所組成，並含有少量氫、氨和水。這個假定主要是以木星和其他大行星大氣的推斷組成為依據的。然而，這些行星增大時的溫度可能比地球低得多，因此不能作為地球早期大氣圈的模式。如果地球約在600K時從微星增大，則可設想到大氣圈的出現是在增大之後。普遍認為，大氣圈和水圈（大洋）是由火山活動所釋放的物質形成的。然而，地球也可能在增大時含有少量的水，這是由於水在約350K的溫度下從太陽星雲凝縮，地球的水和大氣的來源可能是小行星帶。碳質球粒隕石含有大量的水和存在於地球大氣中的其他揮發物就是一個明顯的證據。小行星帶原來所含有的物質大大超過現代，而且很多這類物質已因與其他行星的碰憧而丟失。水星、月球、火星和金星上無數隕石坑說明，它們都受到可能主要來自小行星帶的隕石的強烈轟擊。地球早期階段也一定曾受到過這樣強烈的轟擊。碳質球粒隕石中含有10%的水分，而地球上可能有0.5%的物質是由來自小行星帶的碳質球粒隕石組成的。大氣圈和水圈中有一部分可能是這些隕石衝擊時釋放的物質所組成。巨大碳質球粒隕石衝擊時能夠釋放大量水蒸氣。其中一部分保存在大氣中，但大部分凝縮為水而形成小溪、河流和湖泊，並終於形成原始海洋。氮也可因衝擊時的加熱而被釋放。隕石中的複雜碳氫化合物可以分解而產生甲烷、乙烷之類的簡單碳氫化合物。它們還可以與水反應而形成一氧化碳、氫、乙醇和氨之類的氣體。由於紫外線輻射能和大氣中的放電而發生的水的分解，還會引起氫和氧的增多。一些氨和甲烷也可以在凍結狀態下從隕石或彗星殘屑（彗星在地球歷史的早期階段可能也是很多的），或是從形成於木星或土星附近的微星上來到地球。

地球大氣的一部分源自火山活動，另外還有地殼和地幔形成時的局部熔融，會從地球內部釋放出大量的水和其他氣體。這些氣體可能和隕石衝擊時所釋放的物質相似，也是富含一氧化碳、氫、甲烷和氨。隨著時間的推移，原始火山氣體又演變為更象現代火山的氣體。在夏威夷，這些氣體主要由水（79%）、二氧化碳（12%）、二氧化硫（6%）和氮（1%）組成。

現代地球的大氣圈主要由氮和氧組成。早期火山氣體中的水和二氧化硫，進入不斷發展中的大洋盆地。二氧化硫最終形成硫酸，它又和地殼中的物質與海底沉積物反應，形成硫酸鹽。在生命出現之後，光合作用使遊離氧從二氧化碳釋放出來。