地球的起源与演化

3 地球的起源与演化

3．1 地球的起源和圈层分异

地球起源问题自 18 世纪中叶以来同样存在多种学说。目前较流行的 看法

是，大约在 46 亿年前，从太阳星云中开始分化出原始地球，温度较 低，轻重元

素浑然一体，并无分层结构。原始地球一旦形成，有利于继续 吸积太阳星云物质

使体积和质量不断增大， 同时因重力分异和放射性元素 蜕变而增加温度。 当原

始地球内部物质增温达到熔融状态时， 比重大的亲 铁元素加速向地心下沉， 成

为铁镍地核， 比重小的亲石元素上浮组成地幔 和地壳，更轻的液态和气态成分，

通过火山喷发溢出地表形成原始的水圈 和大气圈。 从此，行星地球开始了不同圈

层之间相互作用， 以及频繁发生 物质- 能量交换的演化历史。

正是由于地球形成以来经历过复杂的改造和变动， 原始地球刚形成时 的物

质记录已经破坏殆尽。我们是怎样推测它已经有 46 亿年寿命的？这 需要从地球

自身的最老物质记录、 太阳系内原始物质年龄和相邻月球演化 史几方面来探讨。

3．2 地球的年龄

地球上已知最老的岩石 （石英岩， 一种由石英颗粒组成的沉积岩， 后 来

遭受过温度、 压力条件变化） 出露于澳大利亚西南部， 根据其中所含矿 物（锆

石）的形成年龄测定，证明已有 41〜42亿年历史。根据地质学研 究，这种岩石

和矿物只能来自地壳的硅铝质部分（见第四章 1），而且必 须经过地表水流的搬

运、 筛选和沉积。 所以我们可以据此作出推论， 地球 的圈层分异在距今 42亿

年前已经完成。

地质学领域较精确的测定年龄方法， 主要根据放射性同位素的衰 （蜕） 变

238

原理：放射性元素的原子不稳定，必然衰变为它种原子（如

U

衰变为

206

Pb等），而且衰变速率不受外界温压条件变化影响（如

238

U经过45亿年 后其一

206

半原子数衰变为Pb,故称为半衰期）。我们只需在岩石中测出蜕 变前后元素的含

量，就可以获得母体岩石形成的年龄。

不同放射性元素半衰期的长短有很大差异， 其测年的精度也存在重要 区别

（表 2-2）。因此，要根据研究对象实际情况选择测试物质，采用合 适的方法。

例如，时代很新的湖南长沙马王堆考古发掘中，西汉初期（约 200BC的棺木保存

14

完好，可以用C法测得木材的绝对年龄数值与古墓内 的文史资料相当符合。 至

于地球漫长演化史中保存的物质记录 （岩石和矿 物），只能采用

238

U－

206

Pb、

87

Rb

87

－Sr 等方法，精度误差允许达到几个百万 年。实际操作中包含复杂的技术因

素， 如测试手段的误差， 测年方法使用 条件的偏离，野外采样不当（标本已受

风化影响，不够新鲜），地质关系 观察错误等。这种方法已发展为地质学中一门

独立的分支学科——同位素 年代学。

表2 2第用于测定墙质年龄的放射性同位隶

同位素母体 蜕娈产生的子体 半克期#年

有数测^范圉/年

1 X 10

2

—7 X 10

4

适用测试物质

芥林骨酩瓯介壳畑 潯于水中

的

co”

云母、角闪石、火山岩全岩

14

N

5730

和

K

洌

U

13 x 10®

5 x

皿~厢

x io

s

206Pb

沏

pb

45 X 10

8

7.1 x 10®

o.i x 1

炉〜餐

x

加

140 x 10

s

皓石、沥青铀矿

纽

Th

er

Rb

87

Sr 470 x 10 o.i

3

ioP

云母、钾长石、变血岩咸 岩

浆岩全岩

E2-10

月球表面的月縛、月陆和陨击坑

太阳系内的流星、陨石和宇宙尘是太阳星云原始物质的残留部分。陨 石在堕

落地面前未经重大的改造和破坏，是直接研究太阳系早期历史的极 好材料。陨石

的物质成分虽有铁质、石质区分，但已知的形成年龄都在 46X 10

8

年左右，可代表

太阳系早期的年龄。

月球上的岩石（月岩）经过20世纪70年代人类登月考察，已经测得 最老的

月岩年龄为46X 10

8

年，在41 X 10

8

年前月球内部发生过一次较大 规模的增温熔

融作用。

月球表面的大量环形山（crater，希腊文原意是碗，指碗状凹陷地形） 以往

存在火山口和陨击坑的长期争论，70年代后已经公认绝大部分是小 星体撞击形成

88

的阻击坑（图2-10 ）。这些陨击坑的形成高峰期是在距今 41X10

〜39X 10

年

88

前，证明月球当时遭受到大量陨星（星子）的撞击。 39X 10

〜31 X 10

年前月球

表面发生过大规模的火山喷发，喷出的暗色火

山岩（玄武岩）充填了大规模环形构造，被称为月海。其余隆起的浅色部 分上面

8

密布陨击坑，称为月陆。31X10年以后，月球内部的演化已处于

“停滞”状态，太阳风的长期作用（500X 10

6

〜200X 10

6

年，以下简称Ma 形成了

厚度不等的月壤。 同时地外陨击作用频率显著降低， 但形成时代较 晚的陨击

坑，如哥白尼坑（850Ma前）和第谷坑（109土 4Ma前），保存的 环形山轮廓和

向外展布的辐射纹十分清晰。 所以月球表面的环形山可以依 据其轮廓清晰程度判

别年龄的相对新老。

根据上述多方面资料相互印证，地球具有 46X 10

8

年年龄的结论已经 得到公

认。

3．3 地球上的生命起源

（ 1 ）生命的本质

生命起源历来与宇宙成因、 物质结构共同成为自然科学三大基础理论 问题

之一。 有史以来人们一直在孜孜不倦地进行探讨， 迄今并未终了。 到 底什么是

生命？不同人有各种理解。信奉宗教者笃信“神的创造”和“灵 魂”的存在， 机

械论者将生命现象与非生命现象视作完全等同， 都不可能 真正了解生命的本质。

人类历史上第一个从辨证唯物主义观点揭示生命本 质属性的是德国的恩格斯

（ F．Engels ， 1878），他在《反杜林论》中指 出：“生命是蛋白体的存在方

式， 这种存在方式本质上就在于这些蛋白体 的化学组成部分的不断的自我更

新” 。简而言之， 生命的基本特征就在于 蛋白体（目前的理解为类似于原生质

的核酸 -蛋白质体系）具有的新陈代 谢能力。这种能力是任何非生命不具备的，

所以生命是物质运动的最高形 式。

生命（生物）与非生命（非生物界）之间并不存在不可跨越的鸿沟， 构成生

物体的 50 多种元素在非生物界里同样存在，说明两者有着共同的 物质基础。生

物是非生物演化到特定阶段的产物。

（2）生命起源的机制

20世纪 60年代以来射电望远镜搜索宇宙空间的结果， 已经发现星际 空间

存在大量有机分子， 至 80 年代初已累计达到 55种，其中最重要的有 15种（表

2-3）。

畫2-3星际空间的出种有机分子

星际有机分子

孰化氢

甲醛

砖甲醛

甲醱

分子式 星际有机分子

异氨釀

分子式 星际有机分子

甲醜胺

鼠基乙烘

分子式

HCN

HCHO

H

2

CS

CHOCH

h(H

a

CN

NHCQ

CH

3

OH

NH^HCO

HC

3

H

HCgN

乙膳

甲篦

乙醇

甲基乙怏

武基辛四焕

甲胺

乙醛

C^H^GH

CH

3

C

2

H

CHjCHO

星际有机分子的存在说明，构成生命物质基础的有机物可在宇宙空间 的自然

过程中产生，并分布于银河系、河外星系的星球上和星际空间。 但 从无生命的简

单有机物小分子（氨基酸、核苷酸、单糖等）—复杂有机物 大分子（类蛋白质、核

酸、甘氨酸等）—许多大分子聚集而形成以蛋白质 和核酸为基础的多分子体系（呈

现初步的新陈代谢生命现象），需要经过 由化学演化一生命演化的连续序列和重大

飞跃。 在已知宇宙空间或存在热 核反应的恒星条件下，是不可能实现的。因此，

地球上的生命起源应当从 地球早期地表环境，以及物质系统自身的演化过程中去寻

找原因。

地球完成初始圈层分异后，随着地表温度下降到 300°C±，地球表层 已经存

在原始地壳（硅镁质玄武岩为主）、原始水圈（呈强酸性）和原始 火山气圈（以大

量水蒸汽、H

2

、CO NH、CHHS等为主，属于还原环境）。 英国人米勒（S. L.

Miller ，1953）通过玻璃容器中上述混合气体的放电 实验，获得了氨基酸等简单

有机物。原始地球表面在紫外线、电离辐射和 雷电作用下也可完全可以形成，已经

不再有人怀疑。这些有机物汇聚到原 始海洋之中，有人比喻为“生命培养汤”。在

经过地壳环境的热聚合等作 用促进下，逐渐由氨基酸-类蛋白质一蛋白质，这个过

程始终具有化学开 放系统特征，能与周围环境不断发生物质-能量交换；在此系统

内部，随 着化学反应速度提高，其有序性和方向性也相应加强，终于出现真正蛋白

质合成，完成了向原始生命进化的飞跃（图 2-11 ）。

有生命的原生质是一种非细胞的生命物质，进一步的演化是形成具有 保护功

能的外膜，成为具有更完备生命特征的细胞，从而进入了地球历史 中生物界和非生

物界共同发展的新时代。

（3）生命出现的时间

地球上最古老生命的记录（化石），已在南非巴布顿地区和澳大利亚 西部的

燧石（一种与海底热液喷发有关的 SiO

2

胶体在海洋中沉淀形成的岩 石）层中发

现，主要是球状和棒状的单细胞细菌化石（图 2-12 ）。由于 燧石的同位素年龄测

88

定前者为38X 10年，后者为35X 10年，可推论当 时地球上的单细胞生物已经出

现（地质学上称为太古宙早期）。在此发现 之前有人从地球化学角度依据

12

c、

13

C

138

碳同位素比率（仅C与生命物质有 关），也推论地球上生命过程开始于 38X 10

年前。上述两个渠道所获结 论一致，比较可信。

（J

原始大气：

％）

简单有机物形成：広）原始生命的物应交换

^2-11

地球上生命起沥處文献

9

简化〕

3. 4生物圈的形成和发展

地球上自出现原始生命至现在丰富多彩的生物圈大千世界， 无论在生 物门

类、属种数量、生态类型和空间分布等方面都经历了巨大的变化。 因 此生物圈的

形成和发展也经历了漫长和复杂的历史。

（1）厌氧异养原核生物阶段

38 x 10年前出现的原始生物，根据当时的大气圈、水圈和岩石圈物 理、化

学条件，推测应属还原条件的厌氧异养原核生物类型， 即还没有细

胞核膜分异，不能自己制造食物，主要靠分解原始海洋中丰富的有机质和 硫化物以

获得能量，并营造自身（或称化能自养）。现代洋底热泉喷口附 近发现在200〜

300°C热水中就存在这类极端环境下生存的嗜热微生物， 可以进行类比。太阳系

0 m 10

8

西澳匪

X

10

芯年前的擦伏细菌化石

E12-12

地球上最早的生命记录

类地行星上（含木卫二等大型卫星）如果存在生命， 最可能也属于此类型。这种生

物受到地表特殊环境空间分布的局限， 不可

能覆盖全球。因此，不等于地球生物圈已经形成。

（2）厌氧自养生物出现和生物圈初步形成

海洋中特殊部位有机物和硫化物的生产量是有限的，异养生物繁殖到 一定程

度就会面临“食物危机”。环境压力促进了生命物质的变异潜能， 从而演化出厌氧

自养原核生物新类型。尤其是能进行光合作用的蓝细菌， 可以还原CQ产生0合成

有机化合物；在生态方式上也转变为浮游于海洋 表层，从而可以扩散到全球海洋和

陆地边缘浅水带， 标志着地球生物圈的 初步形成。

从地球上已发现的化石证据来看，加拿大苏必利尔湖北岸距今 20X

10

8

年前（地质学上称为元古宙早期）的燧石层中出现 8属12种菌藻类微 生物化

石，就是本阶段的典型代表（图 2-13）。生物属种数量虽有增加， 但分类上仍属

原始的单细胞原核生物。海生藻类的光合作用引起大气游离 氧的增加，使还原大气

圈演变为氧化大气圈，显示了地球不同圈层演化之 间存在密切的联系和制约关系。

20世纪70年代英国地球物理学家洛维洛克（J. E. Lovelock ）重新 强调了

生物对地球环境的影响和控制作用， 并借用古希腊神话中大地女神

盖雅的名字，提出了盖雅假说（Gaia hypothesis ）。该假说认为：根据 天体物理

8

学研究证明，自地球形成以来的 46X 10年中太阳辐射强度增加 了约30% （其中

5%增加于显生宙期间）。理论上说，太阳辐射强度土 10% 就足以引起全球海洋蒸发

干涸或全部冻结成冰。但地质历史记录却证明， 地球上尽管发生过大冰期和暖热期

交替变化，地表的平均温度变化仅在 10°C上下。上述事实表明地球上存在某种内

部自动平衡 （homeostasis ），

其中生物界起了关键性的积极作用。

（3）真核生物出现和动物界爆发演化

随着大气中氧含量逐渐增加，喜氧生物开始代替了厌氧生物的主体地 位（后

者继续生存于海底局部还原环境）。由于有氧呼吸捕获能量的效率 高出无氧呼吸约

19倍，明显提高了新陈代谢速度，导致了细胞核与细胞 质分化的真核生物新类型

出现。真核生物出现了有性生殖、多细胞体型待 征，并开始了动、植物的分异。我

8

国燕山山脉的蓟县串岭沟地区已经发现 距今17.5 X 10年的真核生物（宏观藻类，

图2-14），证明这次飞跃大约 发生在18X 10

8

年前后（元古宙中期）。从印度、美

8

国、加拿大等地的化 石分布来看，真核生物在全球的繁盛期大约在10X 10年前

（元古宙晚期）。

K2-14 17.5X10°

年前的宏观藻类

地球上软躯体动物的首次爆发演化发生于 6X 10年前后（元古宙末 期）。由

于最早发现于澳大利亚南部伊迪卡拉山，称为伊（埃）迪卡拉动 物群。早期的研究

者根据它们的形态和水母（腔肠动物）、蠕虫（环节动 物）和海绵（海绵动物）等

类

似

海

更

「

腔

肠

动

物

8

相似，在生物分类上也一一对号入座（图2-15）。 但德国古生态学家赛拉赫（A.

Seilacher，1984）指出，这些裸露动物不 存在摄食和消化器官，是一种营自养生

團牢

15

漓化失败的伊迪卡拉动物群

物的特殊生物门类， 根本不同于显 生宙出现的动物类型。该动物群呈爆发式突然

出现，延续不久又发生整体 规模大量绝灭（集群绝灭），速度之快令人瞩目。对

此，赛拉赫的解释是， 它们代表地球上首次出现，但其演化途径并不成功的特殊生

物门类。 该动 物群演化过程中的内因（自身组织结构和演化趋势是躯体面积增

大， 体腔 极薄，内部器官发育不良，呼吸、营养功能全在体表进行，不存在介壳

保 护层和外因（元古宙末外界自然地理环境条件发生急剧变化） 之间的复杂

关系，已引起广大科学家的关注，成为地球科学基础理论研究的热点之一。

有壳动物的出现和突发演化，出现在 5.4 X 10年前（显生宙初期）。 云南

昆明附近的澄江地区，1984年起发现了举世罕见的澄江动物群，被 比喻为地球历

史中十分著名的寒武纪生物爆发（Cambrian explosion ）事 件。澄江动物群是由

8

)

真正的节肢动物（三叶虫）、腔肠动物（水母）、环 节动物（蠕虫）和其他门类组

成，外形虽与伊迪卡拉动物群有些相似，但 体腔内部器官结构明显不同，代表动物

界演化进程中采取躯体立体增长和 内部器官复杂化的另一途径（图2-16 ）。

显然，在元古宙与显生宙之交动物界大规模占领浅海生态领域的竞争 中，伊

迪卡拉动物群代表的演化途径失败了， 导致总体集群绝灭。而澄江 动物群代表的

演化途径成功地经受了环境剧变考验，为显生宙动物界的大 量发展奠定了基础。在

上述两个动物群之间，还存在由仅见虫管不见化石 到出现小型带壳动物群的过渡阶

段。代表伊迪卡拉动物群与澄江动物群之 间的进化过程。

已经存在生产者廡类

h

消费者哪

B

罗虫保存错和 粗大消优肠道］和高级消费考〔巨型倉肉动物奇虾类）的

完整生态累竝。云南虫已显呆原始的脊素动物.古生 物血卜未按比例口

^2-16

寒武纪犬爆境的见证處陈均远等，他筑简化）

（4）生物登陆和全球生物圈建立

自从地球上出现生命以来，古代海洋一直是生物界生存、发展的摇篮 和生活

8

家园。这种情况从距今4X10年前（志留纪晚期和泥盆纪早期） 起 发生了重要转

折，以原始陆生植物（矮小的裸蕨类）和淡水鱼类在滨海平 原和河湖、河口环境大

量繁盛为标志，开创了生物占领陆地的新时代。 生 物圈的空间范围也首次由海洋

伸向陆地。至 3.7亿年前（泥盆纪晚期）， 半干旱气候下河湖、水塘的周期性干

涸，促进了某些鱼类（肉鳍粗壮的总 鳍鱼类）（图2-17）逐渐演变为两栖类。两

栖类摆脱了终生不能离开水 体的局限，在陆地上获得了水域附近更多的活动范围。

8

距今3X 10年前后 （石炭纪晚期至二叠纪早期），植物界已出现茂密高大的森林，

而且能适 应热带、亚热带至冷温带不同气候条件，地质历史上第一次出现聚煤作用

高峰期（图2-18 ）。与此同时，动物界中出现了通过羊膜卵方式在陆上 繁殖后代

的爬行类，由于个体生活史完全摆脱了对水域的依赖， 适应更加 广阔多变的陆上

生态领域。在距今2.5亿年前后（二叠纪、三叠纪之交）， 全球范围古地理、古气

候环境发生了显著变化。海洋中的动物界发生了显 生宙内最大的集群绝灭事件（详

见第^一章 3. 3节），陆地动、植物界 也发生了重要变化，先前适应近水环境潮

湿气候的两栖类和石松类（可高

达30〜40m节蕨类等明显衰减，被更为进化的爬行类和裸子植物（松柏、 苏铁和银

杏类）所取代，更能适应陆地上不同气候带和海拔高度的多种生 态领域。从严格意

义上说，地球上完整生物圈从泥盆纪起开始伸向陆地， 至二叠纪才包括大陆和海洋

各种生态领域。

S2-17

总鳍鱼登陆

^2-16

石巔纪热带耳林与巨型蜻嫌

（5）生物征服天空和陆生动物重返海洋

2.5亿年前开始了地球历史的中生代阶段， 中生代也称裸子植物时代

和爬行动物（尤以恐龙类最为著名）时代。我国四川盆地发现距今约 1.6

亿年（侏罗纪晚期）的马门溪龙（一种素食的蜥脚类恐龙），身长达到 22m体重估

计有30〜40t，完全可以和美国科幻影片《侏罗纪公园》里 的角色媲美（图2-

19 ）。我国辽宁北票四合屯等地近年发现了侏罗、白 垩纪之交世界上最丰富的原

始鸟类动物群（孔子鸟等），在国际学术界引 起了轰动（图2-20）。在阐明鸟类

起源和生物征服天空方面，我国古生 物学家作出了卓越的贡献。

「雷龙：

Z

异龙；

3

削龙：

4

弩龙 閨皆注侏罗纪恐龙和棵子植物

中生代陆生爬行动物的另一个有趣演变方向是重返海洋生活， 出现了

体型适合游泳的鱼龙、蛇颈龙等类型。一般认为中生代时全球规模的联合 古陆发生

分裂、漂移作用（见第 5章5. 1节），可能是促使陆生动物重 新下海的外部因

素。

（6）人类起源和演化中心

距今65百万年前的白垩纪、第三纪之交，出现了地球内外圈层多种 重大灾害

群发事件，地球上生物界面貌又一次经历巨大变化（详见第十一 章，2. 3节）。

新生代起开始了以哺乳动物和被子植物为主宰的阶段。 新生代生物界演化中最重要

的事件是距今 250万年前后（第四纪）人类的 出现。

^]2\"20

孑

L

子鸟腿丸

F educcia^

转引自王元書等”

1

的旨）

人类起源自古以来一直被当作一个奥秘而长期存在。 宗教界的“上帝

造人”、“特创论”和科学家提出的“由猿到人”、“进化论”进行过长 期激烈争

论。I860年6月30日赫胥黎在英国牛津大学举行的辩论会上挺 身而出，勇敢地宣

称：“人类没有理由因为他的祖先是猴子而感到羞耻， 与真理背道而驰才是真正的

羞耻。”迄今传为佳话。 1891年印尼爪哇梭

罗河畔发现了 180万年前的爪哇直立人化石，1929年裴文中在北京周口 店发现了

50万年前的北京直立人（俗称北京人）化石，以及以后在欧洲、 非洲等地古人类

化石的陆续发现，都以可靠的科学依据证明了人猿同祖论 的预言。60年代后期起

开展的人类与黑猩猩、大猩猩血液蛋白质、遗传 物质DNA分子等对比研究，也证实

人与猿的亲缘关系最近，再次从高科技 研究角度提供了新的佐证。

在从猿到人演化的动力机制方面，恩格斯（1883,发表于1925）首 先提出劳动

在从猿到人转变过程中的关键作用。 他明确指出：“首先是劳 动，然后是语言和

劳动一起，成了两个主要的推动力，在它们的影响下，

猿的脑髓就逐渐地变成人的脑髓。”精辟地说明了从猿到人演化过程中最 关键环节

的奥秘。达尔文（C. Darwin ,1871）也强调“两足行走，（使 用工具）技能和扩

大的脑”是人类的重要特征。

原始人类与古猿的实质区别在于，后者仍停留在动物本能的劳动形 式，只会

使用天然工具；而前者已经有意识地能够自己制造工具。 按照制 造工具的工艺水

平和相应的身体结构特征（如骨骼粗壮程度、脑容量大小、 直立行走姿态等），史

前人类可以区分为猿人（含早期猿人，又称能人和 晚期猿人，又称直立人），古人

（早期智人）和新人（晚期智人），共 3 类，4个阶段。猿人阶段创造了旧石器早

期文化，古人阶段发展为旧石器 中期文化，新人阶段则从晚期旧石器转入新石器时

期文化。

地球上已知最早的猿人化石及其制造的石器， 出现在250万年前的东 非的坦

桑尼亚、埃塞俄比亚和肯尼亚地区。因为欧亚大陆等地迄今尚未发 现早于250万年

的猿人化石和石器，国际上一般认为非洲是人类起源的唯 一发祥地。我国云南元谋

县境内，1956年发现了 175万年前已学会用火 的元谋直立人，1986—1987年发现

了 250万年前’东方人’的牙齿和共 生的骨器，1988年又发现300万〜400万年

前的人猿类头骨化石。滇中高 原会否是另一个人类起源发祥地，中国科学家很可能

在 21世纪内揭示这

个举世瞩目的问题。

图廿也北京克立人毎日过若极艰苦的生活

I

据文献

9

删节〕

早期人类生存的地球表层环境是一片洪荒世界，既有大型凶猛野兽的 攻击，

又有自然灾害的肆虐，生活条件十分艰苦（图 2-21）。以50万年 前的北京直立人

为例，在已发现的 40个左右男女不同个体中，死于14 岁以下的儿童占39.5 %,

30岁以下的青年占7%, 40〜50岁和50〜60 岁的中年分别占7.9 %和2.6 %，其余

死亡年龄不明者占43%。无独有偶， 欧洲早期智人阶段的尼安德特人（10万〜3.5

万年前）死亡年龄统计中， 11岁上下的儿童占40%，大于40岁者约5%（贾兰坡，

1950）。上述两 种统计结果极为相近，显然早期人类短命的原因并不是“互相残

食”，主 要原因可能是：①常被巨大肉食动物侵害，②近亲繁殖，③食物摄取的有

限性，④无力对付自然灾害和疾病。

即使到了号称“大同世界” 的原始公社制度时期 （黄帝至尧、舜、禹， 约

3000〜2100BQ，当时的生产工具仅仅是石器和弓箭，生活资料仅仅 是粗布衣、糙米

饭，野菜根不加调味，衣履不到破烂不换。虽然当时不存 在阶级分化和剥削现象，

也并不是令人羡慕的“大同世界”。

3．5 人类圈的形成和发展趋势

早期人类自开始制造石器工具和学会用火起就与动物界彻底分离， 标 志着生

物圈演化史中最高级的人类圈和人类社会正式形成。

人类社会从原始氏族社会—古代社会—近代社会—现代社会， 各阶段

所经历的时间依次越来越短，科学技术发展越来越快，呈现加速度特征， 近似于高

次方程的抛物线 （图 2-22 ）。美国未来学家托夫勒 （A．Toffler ， 1970）曾

作过估算，如果把人类最近 5 万年划分为 800 代左右（每代约 62 年），则 650

代都营穴居生活，最近 70 代方有可能有效地将信息一代 代传下去， 最近 6代人

才开始接触到印刷文字， 最近 2代人才用上了电动 机。今天我们日常生活中使用

的绝大多数物品，都是现今这一代（即第 800代）发展起来的。第 800代标志着人

类有史以来全部经历的一次大转 折。

3．6 生物进化与地质年表

地球上生物界的演化遵循由简单到复杂，由低级到高级的不可逆过 程，同时

生物界能十分灵敏地反映地球表层自然地理环境及其演变特征， 这又与行星地球各

圈层自身的运动机制以及相互间的联系制约密切有关。 因此，生物演化史能够详尽

而有效地反映地球历史演化的客观自然阶段 （见图 2-23 ）。

众所周知的地质年表（表 2-4），就是根据生物演化的巨型阶段，将 46亿年

地球演化史划分为 3个最高级别的地质年代单位：太古宙、元古 宙和显生宙。在

显生宙中， 根据生物界的总体面貌划分出 3个二级地质年 代单位：古生代（含早

古生代、晚古生代）、中生代和新生代。最常用的 三级地质年代单位是纪， 每个

纪的生物界面貌各有特色， 例如震旦纪的伊 迪卡拉动物群爆发演化和集群绝灭，

泥盆纪的生物登陆，侏罗纪的恐龙、 裸子植物高度繁荣和第四纪的人类演化等。

^2-22

人类圈的科技与生产力发展示意图

石炭纪

-CL

11

太

纪

垩

S

*

新

^2-23

地匾历史时期的主进化

早期的地质年代表在19世纪末叶已经建立，主要是依据生物演化的 先后顺序

获得相对年龄早晚概念，而整个地球历史演化持续的绝对年龄长 短无法知晓。19

世纪末曾有人假设海水最初为淡水，然后因河流携带钠 离子进入海洋而形成盐分

（目前海水的平均含盐度为 31%。），据此推算

地球的历史是0.9亿〜1亿年。另外有人根据现代海洋中平均沉积速度

0.3m/10

3

a）和当时已知地壳中的沉积岩总厚度（25000〜112000m或 150000m）

8

之比，推算最老的沉积岩层约有 5X 10年历史。甚至20世纪 50年代的早期放射性

同位素年龄测定，也只获得太古宙开始于 17X 10

8

〜

18X10

8

年前的结论。一直到60〜70年代同位素年代学和天文地质学的巨 大进

8

展，人们才建立起地球已经存在 46X 10年历史的概念。

宙代 紀

全新世

距歸约

倉万年）

主要主物进化

动物

人类岀现

植物

现代植物时代

茎原面积扩大

第四纪

1

2.S5243T5865

新

主

代

更新世

中新世

新近纪

白垩纪

显

生

宙

中

生

代

137 —

侏罗纪

203 —

哺

乳

动

厠

时

代

爬

行

动

物

时

代

古轅出现

* ----

鸟类出现

恐龙繁盛

恐龙“哺乳类出现

★ ---------------

爬行类出现

两栖类繁盛

灵低类岀现

被

子

植

物

时

代

I

禎子植物繁盛

三遜起

251——

裸

子

植

被子植物出现

物

时

棵子植物繁盛

代

> -------------

碟子植物出现 大规

模春林岀现

二盞纪

295 —

石炭纪

古

生

代

志留纪

4

朿

子

小型森林击现

陆生无特椎动物

植

发展和两栖类出现

物

时

陆生维管植仙

-★ -------------

代

輿陶纪

495 —

翠武纪

元

新元古

古

宙

太

古

古迁古

宙

新&占

占点右

始太古

540 —

G50

海

生

动

无

物

智

时

椎

代

带壳动物爆发

高级藻类出现

pt

— 1000—

一

1

旳口

一

—2500 —

低等无脊椎动物岀现

海生藻类出现

原核生物僵田苗、蓝谡）出现

〔原垢生姑毎口质出现）

Ar

—2800 —

—3200 —

—3600 —

★全球主物集群绝灭爭件

表2-4中注出了各个宙、代和纪的最新年龄值，其中有的数值今后还 可能发

生一定调整。其中，白垩纪开始的年龄到底是 135Ma还是144Ma

寒武纪开始的年龄存在2.5Ma（陆相地层）和1.6Ma（海相地层）的差别， 都需要

进一步验证。新生代的早第三纪（Eogene和晚第三纪（Neogene， 近来已改称古近

纪和新近纪（英文术语不变），寒武纪开始年代，以往认 为是570Ma阅读文献时

都应予以注意。

地球的历史有46亿年。如果把这46亿年比作人类的1年，那么，在 这一

“年”中，地球形成于1月，地壳于2月凝结，原古海洋在3月产生; 最早的生命

诞生于4月，留下化石则已是5月间了； 12月“中旬”时， 恐龙成为当月的主

宰； 而灵长类的足迹晚至 12月 26日才开始出现；作为 一代天骄的人的历史，

如以 300百万年计，则直到这一“年”的 12月 31 日“下午”的 6“点”

24“分”，方才姗姗来迟。但却恰好赶在“除夕” 之日的《新闻联播》之前，成

为这一“年”内最具爆炸性的新闻。