从起源到今天:46亿年的地球小史

**章　恢宏大计 年复一年，在貌似死寂的星球上，冲突四起、矛盾更迭，留下了万物逆旅的痕迹。这些痕迹中，有些属于动物和植物，有些则属于它们脚下的泥土。 一、地球与生命的更迭 世界和平之梦牢牢地扎根于人们的心中，但对于造物主而言却无关紧要。他是建筑师，规划和建造了宇宙这个庞大的剧场；他也是导演，为剧场中的每一个演员安排各自的角色。更重要的是，他从一开始便制订了恢宏的计划——那个在纷乱中徐徐展开的地球历史——亿万年来从未发生过太大的变更。随着时间的流逝，关于生命的演出在地球的大舞台上幕起幕落，历经沧桑。但倘若因此便认定世界麻木不仁，那说明你没能看清真相。年复一年，在貌似死寂的星球上，冲突四起、矛盾更迭，留下了万物逆旅的痕迹。这些痕迹中，有些属于动物和植物，有些则属于它们脚下的泥土。 通常，一个人很难对那些事不关己的纷争有所体会。当他转身凝视繁星满天的夜空，遥望地平线上绵延不绝的群山时，他的心中或许充满了宁静与祥和。诗人们时常被自己的内心世界抛弃，遂无休无止地吟唱着林间的寂静，吟唱着河流的平缓，吟唱着对自然世界无以复加的满足……殊不知，大自然同人类的灵魂一样多灾多难。人类能从烦闷的自然中得到启示，使自我的烦闷归于安宁，如此福分绝非理性之果，而是另有他因。 那些见多识广的人或许会以批判的眼光鄙夷这种自我陶醉，其实大可不必。人类的思维包含许多不同的层次，没有必要因为知晓了美好事物之下深层次的真相，就放弃对美好本身的感知和欣赏。人类生活这场演出不过是宇宙大舞台上短而又短的一幕。尽管这种认知不可避免地会挫伤人类一贯高傲的自尊，却依然包含些许有益的成分。至少，人们可以一次次地暂时忘却心中的重击，去选择聆听自然的悸动。 在人类发展的早期阶段，一些人已经逐步认识到，地球不仅仅是一片可供抚慰煎熬生活的怡人景色——它不能被草草定义为人类的栖息之所，也不只是一面用以映照人类自身情绪的明镜，而是一部用异国文字撰写而成的戏剧，时刻引诱着人们将其翻译成各自的语言。和自然界中的所有其他事物一样，地球也书写了自己的历史，并且，在无数“译者”的共同努力下，这部历史巨著的主题已经铺展开来。 当早期人类拨开笼罩内心的迷雾并着手探寻真相时，几乎没有一种想法能准确地阐明地球发展的来龙去脉。在公元前的数世纪间，学者们醉心于谨小慎微的自然观测，为大胆地提出各种有关世界的起源、历史和构造的假说而陶醉不已。东方和古希腊的哲学家们无疑是这些学者中的典范。他们提出了千奇百怪的宇宙演化学说，其中绝大多数源自虚构的神话故事与宗教传说。古希腊诗人赫西奥德的观点古老而独特，他认为，宇宙脱胎于一片原始的混沌，接着，天空铺展开来，继而高山耸起，海洋汇聚，*后才轮到诸神出场（略显姗姗来迟）。就连一向讲求实际的古罗马人也更倾向于以一种诗意而不是理性的方式来探索自然。公元1世纪，古罗马哲学家卢克莱修的学说风行一时，他认为地球内部存在一个空洞，洞内布满了在黑暗中奔流的江河、雄奇的峡谷、巨穴与山崖，以及一股股将火焰吹上地壳的狂风。学者们的想象常常富有戏剧性的矛盾与冲突，这似乎意味着早期人类必定无福消受真相。 无法否认，一些古老的观点确实在某种程度上与晚期的理论存在吻合之处。不同的是，前者带有猜测性，而后者则历经了数世纪缓慢而艰辛的探索和归纳。这样一来，当一位古代思想家不经意间言中的启示被现代科技所证实时，便会有人将他的成就归结于某种超自然的洞察力。这些人有意无意忽视的事实是，该思想家的其他假说大都荒诞不经。当幻想者在思绪的海洋中遨游时，偶然会在无意中登上真相的“沙洲”。然而一些人却对这种可能置之不理，他们沉湎于神秘主义带来的快感，乐于使思想的晴空遍布斑驳的阴云。 而诸如亚里士多德、斯特拉波、塞涅卡这样的伟人，其姓名之所以被镌刻在地球科学的历史长廊上而久不褪色，正在于他们孜孜以求，试图以一己之力描绘出地球发展的脉络。然而，他们的理论贡献一方面有所建树，一方面却零碎而分散，并且时常夹杂着神话与传说。实际上，尽管古典时代不乏有识之士，尽管思想自由曾长时间地免受教会和公共舆论的压制，那时的人们似乎依然不具备从事科学研究的品质。唯有在艰苦辛劳、枯燥无味的钻研中挣扎过后，人们才可能了解自然的真相，收获丰硕的果实。文学和艺术可以凭借古典时代的宽松氛围而繁荣发展，科学的发展却必须一再等待，直到世人愿意为解开它的谜团而付出更多的汗水。 这个等待注定遥遥无期。罗马帝国的崩溃卷起阵阵阴云，战争、革命、迫害此起彼伏，学术研究在一个貌似文明的世界中一步步走向窒息的边缘。各种文化活动也日渐式微，只得黯然隐入修道院的高墙。科学借此觅得安身之所，却在数世纪间惨遭遗弃。然后，阿拉伯人来了。他们从厚厚的尘土中拾起昔日的荣光，使得早期学术免遭湮灭的命运。不仅如此，阿拉伯人还凭借着自己强烈的求知欲和刻苦的钻研，促进了古典时代科学文化的发扬与传承。然而，他们大力发展了数学、天文学、医学和生物学，却唯独对地质科学漠不关心。地质科学的发展历经近千年的黯淡，直到文艺复兴时期才重获一线生机。待到它冲破陈腐的神学与种种荒诞臆测的坚壁时，19世纪已然来临。那时，人类终于隐约察觉到，地球的发展过程正是一部永恒法则的执行笔录；也只有在那时，人们才真正开始解出那些记载着时空轨迹的神秘文字。 二、地球的历史 终于，厄谢尔主教的创世理论（他将《圣经》家谱体系暗示的日期累加起来一直追溯到亚当，得出地球是在公元前4004年10月26日上午10点准时创造出来的结论。）开始受到舆论的质疑。人们怀疑，他的计算之所以将地球历史的开篇定于公元前4004年，更多的是出于对宗教的虔敬，而非对真理的向往。17世纪末，詹姆斯·赫顿提出，对现实的、正在发生的地球历史的研究有助于理解地球的种种过往。自此，推算和证明地球的古老年岁便有了方向。人们很快发现，任何试图精确地以年为单位度量地球历史的做法，其荒谬性都不亚于用品脱计算太平洋的肚量。 无法历数，当年加利福尼亚一株株幼小的秧苗，究竟经历了多少年才成长为如今参天挺立的红杉林。然而，以地质年代的观点来看，即便是这些古老生命所经历的数千年的光阴都只不过是短短的一瞬，以至于无法在地球饱经沧桑的面庞上增添哪怕是一道不起眼的褶痕；图坦卡蒙古墓的发掘一度使人类为自己过去的辉煌文明而热血澎湃，而放眼地球历史的大背景，却不得不承认，图坦卡蒙只是一位现代君主，他和我们之间数十世纪的时间间隔诚然不足为道。 尽管从表面上看，地球的自然环境似乎平静而稳定，然而它作为太阳系中的一个独立星体，自诞生的那一刻起，其内部就激荡着各种猛烈的冲撞。这些冲撞大都波及甚广、持续不断，却也因为发生得十分缓慢而不易被肉眼察觉。多年来，诗人们吟咏着亘古不变的山峦，赞美着大自然的永垂不朽。然而，随着地质科学的发展，人们很快就意识到，山峦并非亘古不变。总有一天，*巍峨的山峰也会崩碎、倒塌；或许在另一天，倾倒的峰峦又会重新隆起。而所有山脉的崩坏隆起，都只是发生在地质年代的时间碎片中罢了。山脉如此，其他的地理要素也是一样。我们今日的所见所闻，不同于昨日的过往，也不同于明日的种种。在这个世界上，没有什么是真正恒常不变的。 假设我们可以在5000年以后来到自己*爱的山间或是海边的度假胜地，地理的变迁依然是难以察觉的，顶多也就是那片饲养鳟鱼的小湖被沉积物淤死。我们也可能会注意到，原先在我们的海边小屋800米开外入海的溪流，那时已经改道在小屋边入海了。但如果屋子原先是建在低平宽阔的沙滩上，我们很可能就只能在距离海岸线800米外的水底找到它了。然而，在更为广阔的视野下，肉眼所能观察到的变化却微乎其微。尽管雨雪风霜千年来不知疲倦地侵蚀着岩层中的高地，但是山地的形态基本上不会发生显著的变化，海岸地貌的总体格局也会和5000年前大体相当。 如果我们把5000年换成500万年，情况就大不相同了。地球的沧桑巨变将足以使我们惊愕不已。山脉可能会被蚕食得只剩下一个小土堆，甚至被夷为平地，以至于昔日的壮丽无法留下任何遗迹可供凭吊。海洋则可能对陆地大举进犯，使土地惨遭淹溺。陆地上栖息着千奇百怪的动植物，水中的生物也与今天的大不相同。甚至当我们遇见自己的后代时，也会因为他们已经变异得过于离奇而质疑对方的物种类别。地球历史学的研究者们深知这些变化曾在历史上一次又一次地上演，因而也就没有理由否认变化将会在未来延续下去。 地球历史的开端，要从它获得大气层和原始海洋算起。海水的盐分是经由陆地上的河流入海而积累起来的。一开始几乎所有的海水都是淡的，于是，地质学家们尝试着通过测算河流对海洋盐分的贡献速率来计算海洋的寿命。早在1715年，埃德蒙·哈雷便提出了这种测算的可行性。然而，直到1899年，学者们才收集到足够的数据来进行实际的计算。在那一年，爱尔兰物理学家约翰·乔利将估算出的海水盐分总量除以估算出的年均河流盐分贡献量，从而计算出海洋的存在大约历经9760万年的历史跨度。其他科学家也提供了一些测算结果，其中大多数人都将海洋的成长历时定于1亿年左右。 即便是数以亿计的数据依然明显低估了现实。事实上，陆地的海拔比以前大多数时期都要高得多，河流进而也就更密集、更汹涌，并且搬运了更多从陆地上侵蚀而来的盐分。这意味着当下河流的盐分贡献速率过高，不能用来简单替换历史上的速率，依此推算出来的海洋寿命也一定被大大低估了。然而，要了解河流过去向海洋贡献盐分的速率则难上加难。 再退一步说，就算海洋的现时寿命真的可以确定，在海洋形成前就存在的岩石圈的年龄也依然是个未知数。地球原先经由母体太阳的放射物质撞击汇聚而成，而迄今在人们可以探测到的所有地壳岩层中都没能留下有关地球形成时期的记载。所幸我们可以断定，地球的形成时期应早于任何可探测到的岩层所记载的地质时期，那些岩层在大气和液态水出现后才开始形成。天文学家普遍认为这个形成时期至少持续了大约5亿年。年以亿计足以使我们的想象备受冲击，却远远无法表达海洋的古老和庄严，至于它那高贵而神圣的基床，则踯躅在更为湮远的年代之中。 除了盐分，入海的河流还会从陆地运来大量的泥沙。每年，大量数以吨计的岩石圈沉积物都会在大河的入海口找到归宿。仅尼罗河每年就在其三角洲沉积约5000万吨的岩屑。然而，就算我们一辈子依河而居，也不会发现河谷有任何拓宽的迹象。河谷的确日渐拓宽，但由于拓宽的速度过慢，人在短短的一生中注定无法见证这一可观的变化。实际上，河流不仅会拓宽河谷，*终还会使大面积的流域归于平地。以现在的侵蚀速度，密西西比河要在圣路易斯附近显著地带拓宽河谷，大约需要100万年；如果要夷平整个密西西比河流域，则需要长达数千万年的时间。已经有充分的证据表明，现在陆地上的许多平坦区域，正是由河流年复一年的侵蚀所形成的。这样一来，根据河流在地球上存在的时间来推算，也可以证明地球的生日应该大大早于厄谢尔所认为的公元前4004年。 在地质演化的历史上，流水和其他侵蚀陆地的力量不仅仅将成堆的岩屑倾入大洋，也将沉积物保存在一些较浅的近陆海盆中，这些海盆上的海水年复一年地溶蚀着陆地。沉积物不断地堆积、压实、抬升，从而储存下来，形成沉积层。沉积层不断积累，其平均厚度如今已经超过100公里。然而，堆积作用的速率在地球各地差异甚迥，整个过程的时间十分漫长，以至于任何试图对这个时间做出精确推算的猜想都显得荒诞不经。 地质学家随即将目光转向山脉。大量证据表明，山脉形成和抬升的速度之慢异乎寻常。*有力的证明，便是那些横跨流域山脉而奔涌的河流，它们几乎每时每刻都以与山脉抬升相同的速度切割着山脉。哥伦比亚河就是其中的典型。尽管山脉逐年抬升，河流切割山脉而形成的谷道几乎与早先的河道毫无偏差。如今，哥伦比亚河自如地流过喀斯喀特山脉的中央，其雍容大度一如山脉存在之前。我们知道，河流侵蚀河道的速度是十分缓慢的，因此不难推断出，这条不舍昼夜的河流所流经山脉的抬升过程也同样慢条斯理。在地球的历史上，无数巍峨的高山都曾经历耸起与跌落的轮回，我们无法精确地以年为单位确定其经历的时间跨度，但是我们知道，那时间一定很长很长，一直长到想象难以触及的地方。 过去，动植物的化石曾被视为恶魔创造的残次品。渐渐地，人们摒弃了这一成见，并从化石遗迹中获取了许多有关远古世界的信息。我们知道，今天的动植物和早先人类文献中所记载的动植物并没有什么显著差别。五千年、一万年、一万五千年过去，地球上的生物形态都不会发生明显的变化。然而，惊人的巨变确实曾经发生过。在人类之前，恐龙主宰着地球；而在恐龙之前，各种鱼类和低等海洋生物竞争着王者的地位。一个物种兴盛起来，便成为陆地和海洋的主宰，但这个物种很快便会灭亡，被其他物种所取代。我们甚至可以从现今发掘出的*古老的化石中，看到一丝血脉在一片未知而湮远的年代中消失无踪的模糊痕迹。所有这些事实都证明，地球是那样的古老，以至于短短的一年、一个世纪对它而言都显得微不足道。 霸王龙是已知的*著名的恐龙之一，可能是世界上已知的*强的食肉动物。身长约13米，肩高约5米，平均体重约9吨，生活于白垩纪末期的马斯特里赫特阶*后的300万年，距今约6850万—6550万年，是白垩纪—第三纪灭绝事件前*后的恐龙种群之一。其化石分布于北美洲的美国与加拿大西部。 为了获悉地球的年龄，人们提出了大约40种测算方法。其中大多数方法由于无法充分、精确地测算出一些地质记录中未能记载下来的时间间隔，从而导致了明显的误差。唯一能够精确判定地球年龄的方案，来自对物质元素放射性的研究。自然界中的某些元素，具有内部原子结构不稳定的特性，即会从一种元素变为另一种元素。比如铀，它随着放射性的衰变会逐渐转化为镭，*终转化为稳定的氦和铅。同时，在转化的过程中，元素不会受到外界的热力与压力的影响。迄今为止，科学家还没有发现任何可以干预这些元素的放射速率和转化方式的因素，它们遗世而独立，拒外界的纷扰于千里之外。 在实验室中，科学家们已经可以准确地测算出放射性元素的演化速率，并依此而计算出一块含有铀的岩石的年龄。只需检测岩石中铀和铅的含量，再计算出产生现有的铅所需要耗费的时间，便有足够的数据可以估算出岩石标本的年龄。在当时的科技条件下，通过这种方法测算出的地质时期长达1.85亿年。如果再加上大约5亿年的地球“前宇宙时期”，我们就得到了一个重要的日期：公元前23.5亿年。虽然它远远不够精确，但较之过去，却已经是一个相对科学、合理的日期了。就在那时，地球脱胎于作为母体的太阳，一头扎进自己的纷扰岁月之中，而记载岁月的每一处留痕，都已深深地渗入它的骨髓。 三、宇宙的轨迹 在自然界中，论及哪些现象曾反复发生，不得不提人类的愚蠢行径。其实，整个宇宙都在一种周而复始的单调韵律中悸动着。时间是一片无垠的海洋，海面上的波浪虽然无时无刻不在翻腾波动，但波动的状态本身却从未改变。古代和中世纪的哲学家们一度提出世界是永恒变化状态的构想，但变化的表象之下所蕴含的恢宏计划却为世人所忽略。人类*为憎恶的事物之一，便是变化。这也许能够解释为什么动植物进化论尽管被人甚早提及，却直到19世纪中叶，才凭借着思想家们的理性之光，如浓稠的墨汁一般从查理·罗伯特·达尔文的笔端艰难地渗出。如今，人们进一步发现，孕育了所有生物的自然环境，同样也不可避免地要经历那在生物物种间反复上演的兴衰轮回。 进化的观念已经在自然科学的各个分支中生根发芽。同时，进化观也包含了一个重要理念，即一切事物的进化，无论是原子、人类、行星还是恒星，都会沿着既定的轨迹发展。毋庸置疑，这些轨迹并非笔直地延伸，而是时时呈现出曲折的状态，甚至在某些情形下呈现出循环往复的形态。这种描述外延广泛且内涵丰富，我们可以把它视为对现代进化思想的一个极其精练的概括。 古罗马的历史学家塔西佗曾发表高见：所有的事物中都蕴含着循环的法则。然而，他所说的循环，无非是一些显而易见的现象，譬如白天与黑夜、酷暑与寒冬，或是生与死。现代科学则发现了全新的证据，从而得以论证出，物质和能量都无法突破循环的框架。许多天文学家认为，恒星的颜色可以指示其不同的温度状况，每颗在天空中闪耀的星星都处于其温度循环变化的某一个阶段。研究表明，恒星脱胎于一个相对寒冷的发散星云。借由万有引力，一些粒子会紧紧地吸附在恒星周围，直至年幼的恒星表面闪耀出红色的光芒。红色逐渐变为黄色，到了成年期，星体就会发出蓝白色的幽光。接着，等到热量消耗殆尽，星星就会逐渐呈现出与之前相反的变色方向，从而进入老年期。而老年期的状态在许多方面又与幼年期十分类似。 利用分光仪进行观测时不难发现，星体的颜色与其化学组成之间存在着异常紧密的联系。这意味着，星体构成元素的演化与星体自身的演化似有齐头并进之势。而对放射性元素衰变过程的研究成果恰能佐证这一论断。 与其他星体的情形类似，许多塑造地球的过程也都曾在不知疲倦的重复工作中徒然度日。地球历史的循环往复，在漫无尽头的时间长河中，注定是一场无休止的戏剧性冲撞的循环起伏。这些循环并非漫无目的，而是冥冥之中遵从着一个不为人知的伟大战略。与此相比，人类命运的跌宕起伏则不值一提。 地球内部激烈冲撞的本质在于岩石圈内部物质的循环变化。毫无疑问，*原始的岩石是由一些类似火山岩浆的流体凝结而成的，它们被新岩层所覆盖，没能留下痕迹。所幸的是，在人们发现的地点不同、年代各异的岩石中，某些样本的结构与上述岩石十分类似——那是所有类型的岩石的祖先。这种岩石中存在着地球上所能找到的全部九十几种元素，它们是地球上*原始，也*复杂的岩石。 原始的岩浆岩暴露在地表，不可避免会遭遇一系列物理侵蚀。这支令人望而生畏的侵蚀军团拥兵甚众，霜雪、风、冰川和流水各显神通。化学侵蚀也不甘示弱。相比物理的外部侵蚀，它从内部瓦解岩石的力量更易使其崩坏。没有什么岩石可以长久地经受这样的摧残。地质侵蚀的力量从不知失败为何物。 四分五裂的岩浆岩在世界各地安家落户，分布极为广泛。一些岩石成为松软的泥土和沙砾，它们覆在大陆雏形的骨架上，在陆地表面找到栖身之所；另一些岩石则被地下水和河流溶解、冲散，以泥沙和碎石的形式搬运到湖盆和海盆的底部。在搬运的过程中，依据重量和体积的差异，组成岩石的矿物和粒子被重新分配，即流水从轻的岩屑中分选出重的岩屑，从光滑的岩屑中分选出粗糙的岩屑。这样*终形成的某个区域中的沉积物常常由明确的、分选完成的岩屑所组成。岩屑越积越多，*终被压实，就会形成一种结构比较简单的沉积岩。这样的沉积岩在地球表面随处可见。 然而，从复杂的岩浆岩到简单的沉积岩，似乎并不是大自然希望看到的结果。大自然厌倦了简单。它将岩浆倾倒在地表松散的黏土和沙砾上，使岩石中的粒子相互融合，从而产生新的化合物；它令炙热的熔岩渗进沉积层的缝隙，那热度足以使岩石再度结晶；它使岩层表面扭曲变形，从而深刻地改变了所有相关物质的形态。在这个过程中，变质岩就从既有的岩层中脱胎而出。剧烈的变质作用摧毁了沉积层典型的简单构造。 变质作用的结晶过程与岩浆岩从原始岩浆中诞生的过程基本相似。处在高温高压的变质状态下的沉积岩，通常会被充分地转化为与岩浆岩十分类似的形态。这样一来，岩石圈演化的循环终于宣告完成。经历了几番变化，整个岩石圈又回归其*初的形态。在近20亿年的历史中，这场循环往复的剧目一再上演，它始于地球获得大气层的那一刹，也将终于大气消失的节点——抑或是，终于一场曾经创造了整个太阳系、也足以毁灭整个太阳系的灾难。