高中地球科學/早期地球
想象一下，你有一部電影，展示了地球從誕生到現在的歷史——就像太空中一個巨大的攝像機記錄了地球過去4 1⁄2億年的畫面。你認為在這部電影中，地球在歷史的不同時期會是什麼樣子？你認為它發生了怎樣的變化？
如果你將電影快進，你會看到大量的動作和變化！你會看到我們的星球在數十億年的時間裡經歷了顯著的變化（圖12.3）。巨大的山脈形成、被摧毀，並被新的山脈取代。海洋出現並在地球上移動。大陸四處移動，彼此分離，並相互碰撞，最終到達它們現在的位置。地球上的生命也發生了巨大的變化。起初，地球甚至無法維持生命。大氣中沒有氧氣，地球表面極其炎熱。慢慢地，經過數百萬年的時間，地球發生了變化，使得植物和動物能夠開始生長。然後，生物進一步改變了地球。
我們經常喜歡使用我們的想象力來思考恐龍漫遊時地球是什麼樣子的（圖12.4）。當你想到恐龍時，你的腦海中會浮現出什麼樣的畫面？現在想象一下地球上還沒有恐龍的時代。想象一下在任何生物出現在地球之前的時間。現在你的腦海中會浮現出什麼樣的畫面？你認為地球剛形成時是什麼樣子的？本課將幫助你瞭解地球是如何形成的，它在最初的幾年裡是什麼樣子的，以及生命是如何在地球上首次出現的。
以下問題在其他章節中進行了探討，並將幫助你完成本課。在繼續學習之前，先進行研究。
- 什麼是化學元素？
- 植物和動物需要什麼條件才能生存？
- 什麼是大氣層，它由什麼組成？
- 風化和侵蝕如何影響地球？
我們可以透過觀察現在其他恆星正在形成的區域來構建我們太陽系的形成歷史。恆星的形成始於巨大的氣體和塵埃雲在自身重力的作用下坍縮。隨著雲的收縮，它開始旋轉得更快並穩定成一個盤狀結構。我們在獵戶座星雲（圖12.13）中看到了這些盤狀物體（稱為原行星盤），那裡是今天新的恆星正在形成的地方。大部分塵埃盤物質流向中心，在那裡密度逐漸增加，直到巨大的中心壓力觸發核聚變反應，恆星誕生。
然而，一小部分盤狀物質以冰覆蓋的塵埃顆粒的形式殘留下來。顆粒的冰質地幔開始粘在一起，最終成長為米級大小的岩石碎塊，稱為星子。星子碰撞並吸積成直徑數十公里的更大天體，稱為原行星。一旦原行星在盤中清除出一條縫隙，它們就變成了真正的行星，它們的軌道開始穩定下來（圖12.6）。
行星形成的過程是混亂的。並非所有星子都被吸積到行星中。數百萬顆星子作為剩餘的碎片保留下來，現在是太陽系中的小行星和冰覆蓋的彗星。在太陽形成後的第一個一億年裡，剩餘星子與行星之間的碰撞很常見。我們在月球和水星的表面看到了大量轟擊的證據（圖12.7和圖12.8）。
地球表面也會發生相同型別的碰撞，但侵蝕過程抹去了除最近的碰撞之外的所有碰撞。圖12.9顯示了亞利桑那州的隕石坑。
在大約太陽形成後1億年，我們太陽系中行星和衛星的引力清除了大多數星子。然而，數百萬顆此類天體仍然存在於太陽系主要小行星帶、特洛伊小行星帶或海王星和冥王星之外的柯伊伯帶中，這些位置的引力是穩定的。下圖草圖顯示了今天太陽系中最大小行星儲層的所在地（圖12.10）。
地球是我們太陽系中唯一已知支援生命的物體（圖12.11）。如今，地球上有超過100萬種已知的動植物物種。
構成地球的物質由幾種不同的化學元素組成。每種元素都有不同的密度，定義為每單位體積的質量。密度描述了一個物體的重量與其佔據空間的大小之間的關係。在地球早期形成後，密度較大的元素沉入中心。較輕的元素上升到地表。如果你曾經在一個瓶子裡混合油和水，你可能見過類似的情況。水的密度比油大。如果你將兩者都放入一個瓶子中，搖晃它，然後讓它靜置一段時間，水會沉到底部，油會浮到水的上面。
如今，地球由代表不同密度的層組成（圖12.12）。地球的中心稱為地核。地核由稱為鐵和鎳的非常緻密的金屬元素組成。地球的最外層是地殼。地殼主要由矽、氧和鋁等輕元素組成。有關地球不同層的更多資訊，請參閱板塊構造課程。
早期的地球與我們今天的地球截然不同。早期的地球經歷了小行星和隕石的頻繁撞擊，火山爆發也更加頻繁。在地球的最初十億年裡沒有生命，因為大氣層不適合生命生存。地球的第一層大氣中含有大量水蒸氣，但幾乎沒有氧氣。後來，頻繁的火山爆發將幾種不同的氣體釋放到空氣中（圖12.13）。這些氣體為地球創造了一種新型的大氣層。火山爆發將氮氣、二氧化碳、氫氣和水蒸氣等氣體噴射到大氣中——但沒有遊離氧氣。沒有氧氣，地球上仍然很少有東西能夠生存。
慢慢地，兩個過程將地球的大氣層轉變為富含氧氣的大氣層——就像我們今天擁有的大氣層一樣。首先，來自太陽的輻射導致水蒸氣分子分解。請記住，水分子由氫和氧元素組成，或H2O。來自太陽的輻射將一些水分子分解成氫和氧。氫氣逃逸回外層空間。氧氣在大氣中積累。改變地球早期大氣層的第二個過程是光合作用（圖12.14）。大約24億年前，一種稱為藍細菌的生物體在早期的地球上進化，並開始進行光合作用。光合作用利用二氧化碳和來自太陽的能量來產生糖和氧氣。藍細菌是非常簡單的生物體，但在改變地球早期大氣層方面發揮了重要作用。它們進行光合作用以產生生長所需的物質。在這一過程中，它們向大氣中釋放氧氣。
大氣中的氧氣對生命至關重要，主要有兩個原因。首先，氧氣構成了臭氧層。臭氧層位於大氣層的上部，由O3分子（一種特殊的氧分子）組成。它阻擋來自太陽的有害輻射，防止其到達地球表面。如果沒有臭氧層，來自太陽的強烈輻射將到達早期地球的表面，使生命幾乎不可能存在。其次，大氣中的氧氣是動物（包括人類）呼吸所必需的。地球早期的大氣中，沒有動物能夠呼吸。然而，在此期間，地球上可能存在幾種型別的細菌。它們可能是厭氧的，這意味著它們不需要氧氣來生存。
在早期地球歷史上，非常簡單的細胞在地球上存活了數十億年。一些更復雜生物的最古老化石大約來自20億年前，發現於澳大利亞。
除了生命和大氣層的變化之外，自地球形成以來也發生了其他變化。早期地球上的火山爆發釋放了大量的水蒸氣到大氣中。水蒸氣緩慢凝結並以降雨的形式回到地球表面，形成了海洋。水開始在地球上迴圈，降雨和風暴等事件開始透過風化和侵蝕改變地球表面。在“地球淡水”章節中，您可以瞭解更多關於水在地球上如何迴圈的資訊。
大陸的位置與現在大不相同。科學家們不確定地球最初形成後陸地究竟是什麼樣子。他們知道，大約18億年前，北美和格陵蘭形成了一個巨大的陸塊，稱為勞倫大陸。大約10億年前，南極洲可能靠近赤道，儘管現在它位於地球的南極。如今，地球的大陸仍在緩慢地圍繞著地球移動。
- 地球形成於40多億年前，與我們太陽系中的其他行星同時形成。
- 早期地球沒有臭氧層，可能非常炎熱。早期地球也沒有遊離氧。
- 在沒有氧氣的大氣環境下，早期地球上幾乎沒有生物能夠生存。厭氧細菌可能是地球上最早的生命形式。
- 早期地球沒有海洋，並且經常受到隕石和小行星的撞擊。此外，火山爆發也很頻繁。火山爆發釋放出水蒸氣，最終冷卻形成海洋。
- 隨著太陽輻射分解水分子以及藍細菌開始光合作用，大氣逐漸變得富含氧氣。最終，大氣變得像今天一樣，富含氧氣。
- 地球上最早的複雜生物大約在20億年前出現。
- 描述地球不同層級的密度差異。地球上的物質何時按密度分層？
- 解釋兩個原因，說明為什麼擁有富含氧氣的大氣對地球上的生命至關重要。
- 科學家認為，由於人類活動和空氣汙染，地球的臭氧層正在縮小。這可能對地球上的生命形式產生什麼影響？
- 描述藍細菌在改變早期地球大氣中的作用。
- 列舉三種地球形成之初與今天不同的方面。
- 假設地球在最初形成時溫度要低得多。地球內部會與今天有什麼不同？
- 大氣
- 圍繞地球的氣體混合物，包含我們呼吸的空氣。
- 凝結
- 冷卻並從水蒸氣轉變為液態水。
- 密度
- 密度是指單位面積的質量。
- 分子
- 化學物質的最小單元。
- 輻射
- 太陽釋放的能量。
- 物種
- 具有相似特徵的一組生物。
- 水蒸氣
- 氣態的水。
- 地球上的生命是如何從簡單的細菌發展到更復雜的生物體的？
- 魚類、爬行動物和哺乳動物等複雜生物何時出現在地球上？
- 我們今天所知的地球主要特徵何時開始形成？
問題：你認為地球是如何形成的？
What other planets do you think are in the universe?
what is your background knowledge on tis type of science?