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地球:我就在你面前,你看我几分像从前

AI划重点 · 全文约7574字,阅读需22分钟

1.地球在漫长的历史中经历了无数次剧烈的变化,从形态到组成,几乎每个时期的地球都与之前的大不相同。

2.然而,地球的本质依然保留着它作为一个行星的核心特质,如围绕太阳公转、承载着生命和拥有独特的地质循环和内部动力系统。

3.根据哲学家的观点,地球既是原来的地球,也是一个不断演化的全新星球,每一次改变都是其成长的过程。

4.由于人类活动的影响,地球上的生物多样性面临危机,包括过度捕猎、栖息地破坏、污染及气候变化等。

5.尽管地球经历了许多变化,但它依然是一个生命繁衍的星球,承载着过去的痕迹,指向未来的可能性。

以上内容由腾讯混元大模型生成,仅供参考

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引言

数月前,笔者在石头科普平台曾发过一篇关于“巴黎奖牌”的科普文章(《巴黎奥运会奖牌上的铁真的是从埃菲尔铁塔上“抠”下来的吗?》),讲述铁矿石被用于修筑宏伟的巴黎铁塔,而铁塔的更换材料又被回收嵌于奖牌,见证人类的发展。文章引发了许多讨论,其中有一条评论引人深思:“埃菲尔铁塔的每一个零件都被更换过,那它还是原来的埃菲尔铁塔吗?”,同样,也有读者给了类似的回复:“人体的细胞每七年就会全部更新一遍,七年后,你,还是你吗?”。

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这些问题确实耐人寻味,实际上,它们与哲学史上的一个经典悖论不谋而合——“忒修斯之船”。

1. 忒修斯之船

相传,雅典国王忒修斯在成为国王之前,曾率领勇士们驾船前往克里特岛,斩杀米诺陶,拯救了一群作为贡品的童男童女。为了纪念他的英雄事迹,人们将他所乘坐的船命名为“忒修斯之船”。然而,随着时间推移,船上的木板逐渐腐朽,不得不一块一块地被替换,直至整艘船上已无一块原始的木板。问题随之而来:这艘船还是原来的忒修斯之船吗?如果不是,那么究竟在替换哪一块木板时,它不再是原来的船了呢?

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图1:忒修斯之船

同样作为科普作者,我不禁会想到:我们所居住的地球,在其漫长的历史中经历了无数次剧烈的变化,从形态到组成,几乎每个时期的地球都与之前的大不相同。那么,我们是否还可以说,今天的地球,依然是那个原来的地球呢?

2. 地球的巨变

如今的地球,是一颗充满生命的蓝色星球。如果你从太空中俯瞰,她主要被蔚蓝的海洋覆盖,剩下的陆地上,生机勃勃的森林、山川和城市构成了我们熟悉的景象。然而,你有没有想过,40亿年前的地球是什么样子呢?

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图2:原始地球模拟图与现在地球卫星图

2.1地球的诞生

在早期的太阳系中,一片由气体和尘埃组成的星云漂浮在宇宙深处。某种扰动——可能是一颗超新星爆发产生的冲击波——导致这片星云开始收缩。随着星云不断收缩,物质逐渐向中心聚集,中心部分的密度和温度急剧上升,最终点燃了恒星,形成了我们今天的太阳。与此同时,围绕太阳的尘埃和气体在引力作用下凝聚成了行星、小行星等天体,当然也包括我们的地球。

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图3:早期太阳系

在地球形成的早期阶段,它是一个炽热的、完全熔融的球体,表面覆盖着炽热的岩浆。这种高温不仅是由原始星子碰撞产生的能量引起的,还受到了放射性元素衰变释放热量的驱动。随着时间的推移,地球表面逐渐冷却,出现了最早的固态地壳,但这个地壳极不稳定,频繁地被熔化和重塑。同时,地球内部的物质开始分层。较重的铁和镍等元素下沉到地心,形成了地核;较轻的硅酸盐则构成了地幔。这一分异过程标志着地球内部结构的初步形成,而这个阶段的地球就被称为原地球。

图4:原地球与现在地球结构比对

(左右滑动查看更多图片)

2.2 地球的重塑与月球的形成

-忒伊亚撞击

时间大约在45亿年前,太阳系仍处于剧烈的“行星撞击”时期。一颗火星大小的行星体——科学家称之为“忒伊亚”——与早期的地球发生了灾难性碰撞。这次碰撞极其猛烈,导致地球的外层和忒伊亚的大量物质被抛射到太空。这些抛射物在地球轨道附近逐渐聚集,最终便形成了月球。

与此同时,这次碰撞对地球本身也产生了深远的影响。首先,地球的自转状态发生了重大改变。由于碰撞的巨大冲击力,地球自转速度显著加快,一天的长度被缩短至大约5到10小时。此外,地球自转轴发生倾斜,形成了今天大约23.5度的倾角。这一倾斜导致了地球的季节变化,对气候系统产生了深远的影响。

近期,嫦娥五号任务带回的月壤样本与地球岩石的成分相似,这进一步支持了“忒伊亚撞击假说”,即月球的形成源于与地球的这场剧烈碰撞。

图5:月球形成示意图

(左右滑动查看更多图片)

2.3进一步演化:

地壳形成、海洋与生命的起源

“忒伊亚撞击”事件导致地球表面处于熔融状态,经历了相当长的一段时间后,地球逐渐开始冷却,形成了固态的地壳。

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图6:撞击后地球表面处于熔融状态

在随后的几亿年里,地球继续遭受其他天体的撞击,这一时期被称为“重轰炸期”。这些撞击虽然没有完全重新熔化地球表面,但它们依然对地球的演化产生了深远影响。这段时间也是地球最早大陆块的形成时期,虽然这些“原始大陆”远小于今天的大陆,但它们代表着地壳开始分裂并趋于稳定。形成的最古老的地壳块体被称为“克拉通”,它们是地球上最稳定的部分,为后来的大陆漂移和地质活动打下了基础。

在这段时间,火山活动依然十分剧烈,源源不断地向大气层喷出气体。早期的大气层与今天截然不同,由二氧化碳、甲烷、氨气和水蒸气等气体构成,几乎不含氧气。这些气体主要来自活跃的火山喷发。随着地球表面的温度继续降低,蒸发到空气中的水蒸气逐渐凝结为雨水,填充了低洼地带,最终形成了最早的海洋。这些原始海洋不仅是地球环境的一大转折点,也是生命起源的重要场所。

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图7:原始海洋的形成

也是大约在40亿年前的时候,地球上出现了最早的生命迹象。虽然这些早期生命形式极其简单,但它们开启了地球生物演化的漫长历程。最早的生命主要是微小的单细胞生物,包括细菌和古菌,它们生活在缺氧的环境中,依靠化学合成或其他非光能的方式生存。这些生物常常在海洋深处的热液喷口附近栖息,因为那里有丰富的化学物质供它们代谢利用。这一时期的地球大气中几乎没有氧气,充满了甲烷、二氧化碳和氨等气体,厌氧生物在这样的环境中蓬勃发展。

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图8:细菌结构

这一阶段,地球从熔融的火球演化为有固态地壳、海洋和简单生命的星球。这些变化使地球逐渐从一个贫氧、炽热的星体,向一个稳定且具备孕育生命条件的世界迈进。尽管当时的大气与今天相比依然极不相同,但这些变化为复杂生命形式的诞生打下了坚实的基础。

2.4更复杂的生命和“大氧化”事件

随着时间的推移,一种新的生命形式——蓝藻(也称蓝绿藻)在大约35亿年前出现。这些蓝藻通过光合作用捕获太阳能,将水和二氧化碳转化为能量,并释放出氧气。尽管这一过程开始时的氧气并没有直接进入大气层,而是与海水中的铁等元素结合形成铁氧化物,但随着光合作用的持续进行,氧气逐渐积累,最终超过了海洋和岩石对氧气的吸收能力。大气中的氧气含量开始上升。

这个氧气释放过程并非一蹴而就,持续了数亿年,直到大约23.3亿年前,地球经历了历史性的大氧化事件(Great Oxidation Event, GOE)。这是大气中氧气含量首次大规模上升的时期,对地球的生物圈和环境产生了深远影响。氧气的积累为能够耐受氧气的生物提供了生存机会,同时对厌氧生物来说,氧气是一种有毒的气体,导致了它们的大规模灭绝。

这场“氧气灾难”是地球生命史上的一次重大转折。大氧化事件不仅改变了生物的生存方式,也深刻地影响了地球的气候。氧气与甲烷等温室气体发生反应,减少了大气中的温室效应,导致了全球气温的下降。

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图9:蓝藻

这一极端的气候变化虽然对生物产生了巨大压力,但也推动了生物的进一步进化。氧气的积累为复杂生命形式的出现奠定了基础。有氧呼吸的高效能量转换方式,使得生物体可以支持更加复杂的功能,这为多细胞生物的进化提供了动力。在大氧化事件之后的数亿年间,地球上开始出现早期的多细胞生物。大约在16亿年前,多细胞生命形式开始显现,这些生命体通过细胞分化和分工,能够实现更复杂的生物功能。从最初的单细胞生物到多细胞生物的出现,生命在数十亿年的演化中逐渐复杂化。而大氧化事件不仅是这一过程中关键的生态转折点,也展示了生命与地球环境之间的紧密互动:生命改变了地球的化学环境,同时环境的变化又推动了生命的进化。

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图10:菌落多细胞生物

2.5雪球地球

大约在距今7.5亿到6.35亿年前,地球仿佛变成了一颗巨大的冰雪星球(23亿年前到21亿年前也发生类似情况)。或许你曾看过动画电影《冰河世纪》,影片中,巨大的猛犸象曼尼、活泼好动的树懒希德和敏捷的剑齿虎迪亚哥,在寒冷的冰原上踏上了充满挑战的冒险旅程。

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图11:电影《冰河世纪》

然而,影片所展现的冰川时代,只是距今约两百万年前的冰河时期。而在地球的漫长历史中,还有过比这更加寒冷、严酷的时期——“雪球地球”。从两极到赤道,整个地表几乎被厚厚的冰层覆盖,地球宛如一个白色的雪球在太空中旋转。那时的海洋被冻结,曾经波涛汹涌的海水变成了静止的冰面;陆地上,山脉被冰雪掩埋,唯有少数山峰刺破苍穹,宛如冰封的巨剑指向天际。寒风在冰层上肆虐,卷起晶莹的冰屑,仿佛为这片冰封的世界谱写着一曲冷酷的乐章。

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图12:雪球地球

“雪球地球”的形成并非偶然。多种因素使地球陷入了深度冰冻。23亿年前到21亿年的第一次“雪球地球”(也称赫顿期雪球地球),它的成因与大氧化事件密切关联。蓝藻等原始光合作用生物在地球早期通过光合作用产生大量氧气,导致大气中氧气含量急剧增加。氧气与大气中的甲烷发生反应,甲烷被氧化为二氧化碳和水。甲烷是一种强效温室气体,减少甲烷会大幅削弱温室效应。

第二次雪球地球则是由于板块运动使大量陆地集中在低纬度地区,导致陆地风化加剧,这一过程中消耗了大量的二氧化碳,削弱了温室效应。而太阳辐射强度在那个时期可能较弱,种种因素叠加,最终将地球推向了极寒的边缘。然而,极端的冰封并未终结地球上的生命,反而成了生命演化的关键转折点。尽管地球大部分地区被冰层覆盖,但在冰层下的海洋中,生命顽强地存

活下来。在这严苛的环境下,生物不断进化,适应极端的寒冷与缺氧环境。

当“雪球地球”时期结束时,随着冰层的融化,大量储存在冰层中的营养物质被释放到海洋中,促使了生命的复苏和爆发。新的物种迅速涌现,地球的生态系统也因此变得更加丰富多样,为后来的生命大爆发奠定了基础。

2.6生命的爆发与灭绝

在经历了“雪球地球”之后,地球的气候逐渐回暖,生命重新蓬勃发展。与此同时,地球的板块构造也在不断运动,塑造着行星的外貌。板块构造驱动着大陆的移动,不断形成和拆解超级大陆。大约在11亿年前,地球形成了超级大陆“罗迪尼亚”,然而到了寒武纪时期,罗迪尼亚超级大陆逐渐分裂,导致全球地质活动活跃,新的生态环境为寒武纪生命大爆发提供了条件。

大约在5.3亿年前,地球迎来了寒武纪大爆发,这是生命演化史上最为重要的事件之一。

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图13:寒武纪生物大爆发

这个时期,复杂的多细胞生物在短短几千万年内突然大量出现,海洋里涌现出无数新的物种,动物们首次拥有了外骨骼、眼睛、感官器官和捕食结构。如今许多生命的基本形态都可以追溯到寒武纪大爆发时期,如节肢动物、软体动物、棘皮动物等。这一时期的地球,海洋充满了生命的活力,而生命开始以复杂的方式占据不同的生态位。其中,我们所熟知的古生物-三叶虫,就是其中之一,它们头部似弯弓,复眼闪烁。胸部如铠甲,分节明显,纹理交织,尾部狭长,背甲坚硬,两条深沟造就对称之美。地球至今保留有许多它们的足迹。

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图14:三叶虫化石

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图15:三叶虫还原图

大约在3.8亿年前,鱼类中的某些物种由于环境的变化开始进化出适应陆地生活的能力。由于水体中的氧气时常短缺,这些鱼类不得不寻找新的呼吸方式。它们的鳃逐渐弱化,演化出能够呼吸空气的肺,同时,鱼鳍进化成了四肢的前身,使它们能够在水面上“爬行”或短暂地离开水域。这一演化过程让它们不仅可以应对缺氧的水域,还可以在陆地上寻找食物。

随着时间的推移,板块运动继续影响着地球的面貌。大约在3亿年前,地球又一次经历了超级大陆的聚合,这一次形成了“盘古大陆”。

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图16:最著名的超大陆-盘古大陆

盘古大陆的出现带来了大陆性气候和海洋的深刻改变,引发了大量生物的分化。巨大的内陆干旱地区和沿海湿润地区共同塑造了生物的进化路径。最突出的便是爬行类动物在中生代(2.5 亿年 - 6500 万)迅速崛起,并辐射出各式各样的支系,除绝大部分在陆地生活外,有的还重返水域成为水生爬行动物,有的侵入空中成为飞翔的爬行动物,它们是脊椎动物进化史中第一个成功占据海陆空三大领域的代表,统治地球长达一亿多年,因此中生代也被称为 “爬行动物时代” 或 “龙的时代”。

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图17:爬行动物统治地球

恰如故事似乎有高潮就会有结尾般,大约在6600万年前,地球经历了一场剧烈的灾难,可以说是生物演化史上最著名的灭绝事件之一——一颗直径约10公里的小行星撞击了今天的墨西哥尤卡坦半岛。

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图18:小行星撞击地球

这次撞击产生了巨大的能量,造成了全球性的气候变化,天空被尘埃和气体覆盖,阳光无法照射到地表,导致气温急剧下降,生态系统崩溃。撞击引发的连锁反应使得当时的许多物种,特别是恐龙在短时间内灭绝。白垩纪-第三纪大灭绝不仅终结了恐龙统治的时代,也标志着哺乳动物时代的到来。哺乳动物凭借较小的体型和更适应极端环境的生理特征,逐渐占据了主导地位,最终演化出了我们今天熟知的许多物种。这场大灭绝事件是地球生物演化史上的又一次重塑。生命虽然在这一刻遭遇重大挫折,但也正是由于这场灾难,新的生命形态得以崛起,地球的生态系统经历了深刻的变化,为人类的最终出现铺平了道路。

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图19:恐龙的灭绝

2.7人类的崛起以及带来的改变

白垩纪-第三纪大灭绝事件终结了恐龙在地球上的统治,但地球的生命进程并未因此中断。随着恐龙的消失,地球进入了一个新的时代——新生代。经过漫长的生态恢复期,哺乳动物逐渐成为主宰。那些体型较小、适应性强的物种,迅速扩展到各种生态环境中。 

新生代早期,地球气候温暖湿润,森林广泛覆盖,这为哺乳动物的多样化发展提供了理想条件。从灵长类到大型食肉动物,物种逐步进化与繁盛。这一时期,地壳板块继续漂移,逐渐塑造出今日的大陆形态。与此同时,南北极地区开始形成冰盖,标志着地球进入了冰期循环。气候波动和海洋变化不断重塑地球的生态系统,物种在适应与灭绝之间徘徊,生物多样性经历了一次次高潮和低谷。

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图20:演化时间表

人类也从地球历史的幕布上逐渐走到最前排,约700万年前,早期人类的祖先从非洲大地上开始直立行走,这一行为为后续的工具使用、智力发展奠定了基础。经历漫长的演化,早期智人的出现和演化,逐渐推动了他们的适应能力和创新意识。

农业革命、工业革命更是将人类推到的一个前所未有的高度之上,农业革命后,土地的广泛开发和耕作对地球的自然环境产生了深刻影响。自此,人类大规模砍伐森林,尤其是在亚马逊、东南亚和非洲等地区,全球森林覆盖率显著下降。栖息地丧失、物种灭绝的现象频发。根据联合国的统计,过去100年间,全球已失去了大约一半的热带雨林。这不仅影响了全球的碳循环,还加剧了气候变化。 

工业革命以来,二氧化碳排放量急剧增加,导致全球气温上升。极端天气事件如热浪、飓风、洪水的频率也逐年增加。气候变化加速了冰川的融化,显著影响了南极和格陵兰岛的冰盖,海平面上升威胁着全球沿海地区的居民。自19世纪以来,人类活动已经导致超过80万种物种的灭绝,包括如旅鸽、大海牛等标志性物种。过度捕猎、栖息地破坏、污染及气候变化,都是导致生物多样性危机的主要原因。

如今,人类活动的痕迹遍布全球。从城市建筑到交通系统、能源使用与消费模式,地球的每一个角落都受到了影响。科学家们提出了“人类世”(Anthropocene)这一概念,来描述由人类主导的地质时代。气候变暖、物种灭绝和海平面上升,无不与人类活动有着千丝万缕的联系。这些问题警示我们,人类已不仅是地球的生物之一,更是决定地球未来的重要力量

3. 今天的地球,

依然是那个原来的地球吗?

自46亿年前诞生以来,地球经历了从炽热的熔融球体,到月球的形成、海洋与大气的诞生,再到“雪球地球”期的极寒封冻和生物大爆发。我们见证了恐龙的统治与灭绝,也目睹了人类的崛起和对地球的深远影响。这一系列重大事件,使地球在每个阶段都与之前截然不同。它的面貌、气候、生物和地质都在不停变迁、进化与重塑。这时候我们不禁要问“今天的地球,依然是那个原来的地球吗?”

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图21:地球时钟

回到最初“忒修斯之船”这个哲学问题,我们不妨看看哲学家如何回答的。

如果按照古希腊的德谟克利特(Democritus)和伊壁鸠鲁(Epicurus)的物质主义观点角度来看,一个物体的同一性依赖于其物质组成部分。如果所有部分都被替换,那么这个物体就不再是原来的那个物体。因此,最后被完全替换的船已经不再是忒修斯之船,而是一艘全新的船。似乎正如哲学家赫拉克利特所言“人不能两次踏进同一条河流。”自然发生变化的船也不再是同一条船。但如果依照亚里士多德的“实体论”观点来看,物体的同一性更多由它的“形式”或“本质”决定,而不是它的物质。因此,即使忒修斯之船的物质(木板)被完全替换,它的形式(即它作为“忒修斯之船”的概念)依然保持不变(可以简单理解为结构功能没有变化)。因此,在亚里士多德的观点下,船依旧是“忒修斯之船”。

似乎问题的关键就是在于我们如何看待“事物(身份)的同一性”和“物质的连续性”之间的关系。约翰·洛克(John Locke)在《人类理解论》提出的“个人同一性”的概念。他提出,物体的同一性取决于其“持续存在的生命体”或功能性整体,而不是其物质组成。因此,按照洛克的观点,忒修斯之船在物质上发生变化后,依然可以被视为同一条船。但莱布尼茨也曾提出同一性原则,强调事物的本质取决于它所有的属性。因此,根据这个逻辑,忒修斯之船替换木板的过程如果使其与原来不再完全相同,那么它已经不是原来的船了。

在忒修斯之船悖论中,由于对“同一性”的定义和理解的不同,所以至今没有定论。更现代的观点如,物理学家和哲学家德里克·帕菲特 (Derek Parfit) 认为“同一性”并不像传统认为的那样重要,个人身份或物质同一性可能并不是问题的核心。取而代之的是“心理连续性”或“功能连续性”更为重要。

我们当然可以认为,地球已不再是最初的那个地球,因为地球的物质、形态、气候和生态都经历了极大的变化;但我也依然可以把地球叫做地球,因为地球的本质依然保留着它作为一个行星的核心特质:它围绕着太阳公转,承载着生命,拥有独特的地质循环和内部动力系统。因此,尽管它经历了无数的改变,地球在某种意义上仍是“那个”地球。这也揭示了地球不仅是一个持续变化的动态系统,也是一个能够适应、恢复甚至进化的星球。

所以:地球既是原来的地球,也是一个不断演化的全新星球。每一次改变都是其成长的过程,而这些改变本身,正是地球之所以成为地球的原因。尽管经历了许多次改变,它的身份依旧与最初息息相关,既承载过去的痕迹,又指向未来的可能性。

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参考文献

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