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一般我们认为地球约有45.4亿岁，这个数字经过了数个世纪的争论才确定下来。1779年，法国的博物学家伯爵乔治·路易斯·勒克莱尔·布冯（Comte de Georges LouisLeclerc Buffon，1707—1788）宣布自创世纪以来地球已历经7.5万年，这引起了轰动，因为这是史上第一次有人认为地球的年龄比《圣经》里提到的6000岁还要大。1830年，苏格兰地质学家查尔斯·莱尔（Charles Lyell，1797—1875）基于侵蚀速率推断地球有几百万岁；1844年，英国物理学家威廉·汤姆森（William Thomson），也就是后来的第一男爵拉格斯·开尔文（Largs Kelvin，1824—1907），基于他关于地球温度的研究确定地球有1亿年的历史。1970年，美国化学和物理学家伯特伦·博尔特伍德（Bertram Boltwood，1870—1927）利用放射性定年技术确定了一种特殊矿石有41亿岁（虽然后来随着对放射性物质了解的加深，人们发现该矿石只有2.65亿岁）。通过调整利用博尔特伍德的方法，对地面、月球和陨石（落在地球表面的太空岩石）上的材质进行测算，目前科学家们估计地球的年龄处于45.4亿岁到45.67亿岁之间。
随着火山喷发而释放出的气体，如二氧化碳、氮气和水蒸气，在地球的早期历史中对形成可以维持动植物生命的大气做出了巨大贡献。（iStock）
地球上发现的历史最久远的岩石和矿物有多少岁？
地球上最古老的岩石发现于加拿大西北部大奴湖附近的苔原上，它拥有40.3亿年的历史。迄今为止最古老的矿物有44.04亿岁，发现于澳大利亚西部。这类矿物，即锆石晶体，从其原来的岩石上腐蚀掉落，而后沉积在更新的岩石上。
地球早期水和大气是如何形成的？
没有人真正知道水是如何汇集成海洋的。一种理论认为，是火山释放出了足够的水蒸气使得水凝结汇聚成海；另一种理论则认为是太阳系形成后彗星撞击地球带来足够的水，最终汇成海洋。
关于地球大气的起源也存在争论，但是没那么激烈。通常认为一部分气体源于太阳星云，一部分气体由彗星带来，另一部分气体由火山活动产生。本来地球的大气层会更厚，但年轻活跃的太阳把更轻的物质蒸发掉了——而那些元素现在仍可以在巨行星木星、土星、远日行星天王星和海王星周围的大气中找到。
百合花在荷兰阿尔梅勒的温室中生长。正如这种建筑可以让热带植物在寒冷的气候中生长一样，地球大气产生的温室效应温暖着我们的星球。（iStock）
地壳固化后什么气体开始积聚？
随着地壳的固化，气体开始从地缝和火山中涌出来，在正在形成的大气中积聚。现在的火山仍会喷发出同样的气体，包括二氧化碳（CO2）、水蒸气（H2O）、一氧化碳（CO）、氮气（N2）和氯化氢（HCI）。
这些气体在大气中相互作用，组合形成了氰化氢（HCN）、甲烷（CH4）、氨气（NH4），以及很多其他化合物。这种大气对当今大部分生物来说都是致命的。幸运的是，在接下来的二三十亿年间，大气持续变化直到接近其目前的成分组成。
早期地球的氧气是如何形成的？
早期大气主要由水蒸气、二氧化碳、一氧化碳、氮气、氢气以及其他火山喷发而出的气体组成。大约43亿年前，大气中没有氧气，54％都是二氧化碳。约22亿年前，海洋中的植物开始通过光合作用吸收二氧化碳，产生氧气。20亿年前，大气中含有了1％的氧气，植物和碳酸盐岩导致二氧化碳含量降低至4％。约6亿年前，大气中氧气的含量持续增加，因为火山喷发和气候变化掩埋了大量的植物——如果这些植物露天分解，就会吸收大气中的氧气。现在，地球大气的氧气含量为21％，氮气含量为78％，二氧化碳含量仅为0.036％。
温室效应是什么？
温室效应，正如其名，描述了气候变暖的现象。在温室中，封闭的玻璃窗困住了热气。温室效应与其功能相似，只是把整个地球当成了温室。总的来说，当地球大气吸收来自太阳的热量却不把它散发出去的时候，温室效应就产生了。
正如我们所知，如果地球上没有温室效应，生命将不复存在。太阳辐射穿过大气，直达地球表面。在被反射回太空的过程中，一部分太阳辐射被困在二氧化碳、甲烷、氟氯烃和水蒸气等大气气体中，使得地球温度逐渐升高；其余辐射被反射回太空。如果没有这些被留住的热量，地球温度会下降大约100℃，海洋会被冻结，生命也不可能存在。
为什么全球变暖对人类很重要？
全球的平均气温正在上升是科学界的共识，这种现象通常被称为全球变暖。很多科学家认为，在过去的一个世纪内，人类活动大大地促进了温室气体的积累，因此地球正在逐渐升温——大约已经上升了0.5℃。国际科学家小组的一项最新研究预言，到2100年，全球平均温度将会上升1.4~5.8℃，海平面将会上升0.5米左右。罪魁祸首是谁？虽然甲烷和氯氟烃等其他气体也促进了全球变暖，但是大多专家认为二氧化碳是罪魁祸首。这种气体主要通过煤、石油以及柴油等化石燃料的燃烧被排放到大气中，而为修建牧场而燃烧森林等破坏自然植被的行为也会增加大气中的二氧化碳，这种情况下，二氧化碳的增加有两种方式：第一，自然植被遭到人为破坏，吸收的二氧化碳量减少；第二，清场伐木时，森林中腐烂的植被会释放出二氧化碳。
臭氧是什么？为什么说它有益于早期地球？
相比于我们呼吸的氧气，臭氧通常指的是地球大气层15～40千米之间的平流层中的一层气体。所谓的“臭氧层”是由太阳辐射和特定的空气分子相互作用而形成的。这种淡蓝色的气体也会出现在低层大气中。臭氧在平流层是有益的，但在地面会形成光化学烟雾，这种烟雾是来自工业活动或者汽车尾气和某种空气污染物光化学反应形成的次级污染物。
平流层的臭氧层对于地球上的所有生物来说都很重要，因为它保护生物免受来自太阳的紫外线辐射。科学家认为大约20亿年前，浅水海洋植物产生氧气，从地质上讲，这突如其来的氧气帮助了臭氧层形成。随着氧含量的增加，海洋动物开始进化。臭氧层在大气中一出现，就保护着海洋动植物免受太阳辐射，使它们可以向陆地扩张。
在大气上层形成的臭氧层在地球历史的早期创造出了一个辐射边界，保护着地球上的生命。如今，科学家们担心的是南极上空已出现的臭氧层空洞，我们在1987年卫星图像上可以看到。（美国国家海洋暨大气管理局National Oceanographic and Atmospheric Administration）
生命的开始
生命何时在地球出现？
没有人知道生命在地球上出现的准确时间。原因之一是，早期生命是单细胞微生物，死后柔软的部分很易腐烂消失，所以我们不可能找到它们的遗体。此外，微生物太小，很难在古代岩石中检测到。一些现代病毒有18纳米（180亿分之一米），现代细菌通常有1000纳米，它们比早期微生物大多了。
另外，由于科学家找到的化石太少，所以我们很难知道最早生命的真实形状。科学家相信早期生命是由原生单细胞组成的，并发源于海洋。原因很简单：生命需要一个过滤器，以免受到来自太阳的紫外线辐射——海水可以提供这样的保护。
尽管无法确定，但据科学家们估计，首个生命始于40亿年前，这些微生物赖以生存的不是氧气，而是二氧化碳。
生命来自外太空？
另外一种关于生命是怎样来到地球的理论，被称为胚种说。科学家认为，彗星和小行星撞击早期地球时，带来了复杂的有机材料，其中许多从坠落中幸存下来。科学家在太空中发现了这样的有机材料。20世纪60年代末，射电天文学家在暗星云中发现了有机分子。自那时以来，科学家发现了有机分子的其他来源，包括小行星、彗星、陨石等太空体。1969年，一项对陨石的分析表明，这块岩石中至少含有74种氨基酸。科学家们推测，有机分子有可能是在地球早期通过陨石、彗星尘埃，或者彗星和小行星来到地球的。
尽管很多科学家认为，小行星或者彗星撞击地球所产生的热量会杀死任何有机物，但仍有很多科学家不同意这种说法。他们提出，只有天体外层会受到热量影响，或者说未被加热的彗星尘埃，才可能将必要的氨基酸带到地球。如果这项理论正确，那么从恐龙到人类，我们显然都是“来自星星的你”。
哪些是科学家眼中早期地球适合生命出现的条件？
有两大理论可以解释早期地球是如何出现生命的。第一个理论认为，生命源于生物分子和水混合而成的“原始浓汤”。太阳紫外线、闪电或者当时常见的陨石冲击波在其中引发化学反应，产生了各种碳化合物，包括氨基酸。而氨基酸能组成所有生物体所需要的蛋白质。1954年，芝加哥大学的研究生斯坦利·米勒（Stanley Miller，1930—2007）和他的指导教授、化学家哈罗德·尤里（Harold Urey，1893—1981）进行了一项著名的实验，推测出这个理论。实验表明，早期地球大气中的化学物质和水结合，被闪电击中之后可能形成氨基酸。
第二个关于生命的理论围绕过去半个世纪内取得的一项发现展开：深海热泉。深海热泉是火山岩浆在深海底渗出造成的裂缝，在地球早期存在更为广泛。因为早期的地壳更年轻、更薄，而现在的地壳经过了岩浆冷却沉积后变厚了一点。通过对现代热泉周围有机物的研究，科学家发现，它们以热泉周围的细菌为生，并不需要依靠光合作用产生能量。而这些细菌则通过汲取大洋底部无光裂缝中富含硫化氢的热水中的能量存活。早期的有机物可能也是如此。
实际上，两种理论中描述的条件在地球早期生命的产生中可能是共存的。
事实上，两种理论阐述的条件可能共同存在于地球早期的生命诞生中。地球上最早出现的一种生物是蓝藻细菌（附图），它们变成了一种不同寻常的化石岩——叠层石。（iStock）
地球岩石中已知最古老的化石是什么？
已知最古老的化石是在澳大利亚西部发现的，这是一组距今约34.5亿至35.5亿年的化石，它们证明了层状石灰岩沉积物，也就是层叠岩的存在。层叠岩由类似于蓝绿藻的蓝藻细菌形成，现在世界上还有分布，而这些化石和现在澳大利亚海岸浅水域的层叠岩极其类似。
但是已知最古老的化石也有其他的竞争者。澳大利亚的燧石（富含晶质的沉积岩）中，存在微小简单的细胞，非洲也有类似情况。这些细胞被燧石中的二氧化硅保存了下来，并且似乎有某种细胞壁。
地球上基本生命形式是什么时候开始发展的？
一般认为，距今38亿年前地球上出现了基本生命形式。这种生命以微小细胞的形式存在，这些细胞被细胞膜包裹着，隔离内部环境，保护它不被外部环境干扰。这些细胞有类似于现今细胞的基础遗传体系，使得细胞拥有自我复制的能力。我们将这些最早的生命形式归类于原核生物，它们包括细菌、蓝藻细菌在内的有机物。
更大的细胞是什么时候开始发展的？
更大的细胞被归类于真核细胞，根据已知的化石记录，它们出现在距今约15亿至19亿年前。在此之前，岩层只有像细菌和蓝绿藻之类的原核生物。
多细胞形式是什么时候开始发展的？
根据已知的化石记录，首个真正多细胞生命的原始形态明显出现于6.5亿年前，尽管一些科学家认为12亿年前的某种红藻在分类学上也可被确定为多细胞生物（人类是多细胞生物，构成身体的细胞共有100万亿个）。
原始形态的海绵可能是最早的一种多细胞生命体。最早的地洞化石记录也大概在此时。这些多细胞生物被称作埃迪卡拉动物群或集合体（以澳大利亚南部的埃迪卡拉山命名）。它们生活在浅水区域，大多数表面积很大，可能由于当时大气中氧气的浓度很低，大的表面积有利于吸收氧气。
生命不止发展过一次？
许多科学家相信，地球上的生命可能经过了多次重生。他们推测，无论是在海洋火山口附近还是浅水区域，生命发展初期，都可能会有彗星和小行星撞击地球，使生命在开始阶段便灭亡了。数百万年中这种情况可能发生了很多次，直到生命变得足够稳定到可以维持生存，才开始多样化发展。
陆地上最早的真正的植物是何时出现的？
在爱尔兰发现的库克逊蕨属化石距今约有4.25亿年，它很可能是陆地上最早的肉眼可见植物。不久之后，其他一些植物也相继出现，包括无花藓类、楔叶类、蕨类。它们通过散播携带基因蓝图的微小生物体和孢子来繁殖。直到3.45亿年前，蕨类植物才最终进化出种子繁衍。大约4.08亿年前，拥有根茎叶的维管植物出现。
海洋中最早的软体动物是何时出现的？
化石表明，最早的软体动物约在6亿年前出现于海洋中，包括水母和分节蠕虫。
这种黄色管海绵发现于开曼群岛附近，它起源于地球上第一批多细胞生物时代的海绵。（iStock）
陆地上已知的最早生命形式是什么？
迄今为止，对于陆地上出现的最早生命形式并没有确定共识，但的确有一些令人兴奋的发现。例如1994年，科学家在美国亚利桑那州发现了一种12亿年前的石化管状微生物。2000年，另一组科学家在美国国家航空航天局（NASA）的天体生物研究所发现了一种更久远的可能：在距今约26亿至27亿年前，南非德兰士瓦有一种石化的微生物残留物（主要由蓝藻细菌构成）。2002年左右，另一名科学家在英国苏格兰托里登湖域发现了他认为的陆地上最早的生物，以生物壳的形式存在，是一层覆盖在一片沙子上的细菌薄层。还有人认为，某些岩石的纹路代表着10亿年前陆地上第一代生命体留下来的生命信号。
最早的陆地动物是什么？它们为什么迁徙到干燥的陆地？
最早游荡到陆地的大型陆生动物很可能是节肢动物，包括蝎子、蜘蛛。在志留纪的岩层中发现了许多这种生物，通常伴有已知最早有脉管的陆生植物化石。
没人知道第一批从海洋迁徙到陆地的动物这样做的确切原因，但还是存在着许多理论。一种理论是，像许多现代动物表现的一样，这些动物想要扩展领土。另一种理论是，随着进化，动物对于更高品质食物的需求增加，通过适应陆地生活和新的陆地食物来源，这些生物有更多的机会生存下去。
最早的原始恐龙是何时出现的？
距今约2.3亿年前出现了最早的原始恐龙。它们的体形比人们心中的恐龙代表雷克斯霸王龙小很多，也没有它们那么凶猛。
从最早的陆地动物进化到恐龙经历了多久？
距今约4.4亿年前，出现了最终将进化为恐龙的大型陆地动物。距今约2.5亿年前，它们进化成为恐龙。因此，从最早的大型陆地动物进化成恐龙经历了约1.9亿年。请记住，这些数字是基于现今已知的化石记录推测得出的，如果发现了新的化石，这些数字可能改变。
地质时期
什么是地质时期？
地质时期是从45亿年前地球最初形成延续到现在的这段很长的时间跨度。
什么是地质年代表？
地质年代表是一种将地球过去的历史按顺序排列好的方式，能使人更好地观测事件。在19世纪初，水利工程师威廉·史密斯（William Smith，1769—1839）发现某些种类的岩石和某些化石群有相互关系，它们总是以一种可预见的顺序出现。1815年，他出版了一张英格兰和威尔士地理地图，为地层学或者说是逐层研究地理历史的学科建立了切实可行的体系。简而言之，史密斯提出：在悬崖或采石场中，最低处的岩石最古老，最高处的最年轻。
通过观察各种岩层中的化石和岩石种类，有可能在不同场所的岩石之间建立联系。史密斯的工作和在19世纪早期恐龙化石的首次发现一起，为科学家建立了一种工作框架，至今仍在使用。通过这一框架，科学家将地球漫长的历史拆分、制作成了地质年代表。地质年代对时间的划分较为多样，包括代、纪、世。
这种时间划分法确定于1820年到1870年之间，是一种划分日期的相对方法，即把岩石和化石进行比较，划分出哪个古老，哪个年轻。直到1920年同位素年龄测定法发明后，绝对日期才被应用在岩石和化石上，以及地质年代表中。
地质年代表如何划分？
由于新化石发现和更有效的同位素年龄测定法，地质年代表的分类在一段时期内有重大的变动，而且毋庸置疑的是，它将会继续变动。下面的表格就是根据现在对岩石和化石的解析结果编制的地质年代表的总目录。
地质年代表（距今百万年期间）
地质年代表上的时期是如何命名的？
地质年代表上大多数时期是依据拉丁名字或者首次发现某些岩石的区域而命名。例如，石炭纪（Carboniferous）来自拉丁单词，意思是含碳的，和一种英格兰发现的富含碳元素的岩石有关；侏罗纪以法国和瑞士边界处的侏罗山脉命名。这些阶段和年代的名字大多基于发现某些岩石的城市或区域，因此不同国家的地质年代表上各时期的名字经常不同。
地质年代表中有哪些重要的时间单位？
在地质年代表上有五个重要的时间单位。由大到小排列为——宙、代、纪、世、期（尽管有些用时代和亚代来表示各个时期）。宙是地质学上最大跨度的单位；代的时间跨度小于宙，通常被分为两个或两个以上的纪；世是纪的进一步划分；期是世的进一步划分。
自然侵蚀清晰地反映了地壳层的情况，例如上面拍摄于南达科他州的劣地国家公园（Badlands National Park）的照片所反映的一样。发现这些地壳层像是穿梭到过去旅行，因为每一个地层都代表了地球历史的一个时期。（iStock）
地质年代表上的时期代表着什么？
地质年代表不是地球自然史的随意列表，这些时期也不是想象虚构出来的。每两个时期的分界线都是一项代表性的区别于其他时期的改变或事件。大多数情况下，分界线代表着一场大型灾难或动植物的进化变异（包括某些特定物种的进化）。
什么是与地质年代相关的相对地质时期？
相对地质时期是用来确定岩石和化石相对时代的方式。地质时期的划分是基于岩层间的相对位置；也就是说，只是确定相对时间并不是绝对时间。多数情况下岩层按顺序铺开，年老的层面在相对年轻的层面下方。例如，从高处岩层发现的化石通常比从较低层面发现的化石年轻。19世纪的科学家运用这种方法确立岩层的相对年龄，建立构造了最早的地质年代表。
什么是与地质年代相关的绝对地质时期？
绝对地质时期（大约）是岩石的真正年龄，也就是说岩石形成的绝对时期。辐射测量技术是确定绝对时期的代表性技术，它可以测量岩石中放射性元素衰变的数量。
同位素年龄测定法是何时被发现的？
直到20世纪初，同位素年龄测定法的基本原则和技术才被发现。1896年，法国物理学家安托万·亨利·贝可勒尔（Antoine-Henri Becquerel，1852—1908）意外发现放在含铀矿物盐旁边的照相底片会变黑，这证明了铀会进行衰变。1902年，英国物理学家欧内斯特·卢瑟福（Lord Ernest Rutherford，1871—1937）和英国化学家弗雷德里克·索迪（Frederic Soddy，1877—1966）合作发现了放射性元素的原子不稳定，会释放粒子，衰变到更稳定的形式。依据这些发现，美国化学家伯特伦·博登·博尔特伍德证明了通过提前知道铀和钍的衰变速率，可以确定岩石的时期。1905年，博尔特伍德和约翰威廉·斯特拉特（John William Strutt）确定了多种岩石的时期，获得了年龄从400岁到2000岁不等的各种岩样，也证明了这种测定方法的可行性。
为什么地质年代表上的时期不同？
确定地质年代表中过去46亿年真实的年代时期，并不是完美的科学（确定岩层的时期并不像知道你自己的年龄那样准确）。另外，由于从各大洲发现的岩石和化石种类多样，确定某些时期时往往存在不同意见。因为同位素年龄测定法往往有一定量的估值，所以这种方法也不能完全反映一种岩石或者矿物的真实年龄。
谁最早使用同位素年龄测定法测定了完整的地质年代表？
1911年，英国地理学姆家亚瑟·霍姆斯（Arthur Holmes，1890—1965）使用铀铅测年法确定了多种岩石的年龄，并且开始制定基于绝对时间的地质年代表。1913年，他出版了《地球的年龄》（The Age of Earth）一书，概述了怎样结合地质资料使用同位素年龄测定法来制定绝对时间的地质年代表。1927年，霍姆斯使用同位素年龄测定法估计出地壳的年龄大约为36亿年。
各个时期
什么是隐生宙时期？
隐生宙时期是从地球最初形成到海洋物种大爆炸之间的一段时期，也就是大约45.4亿年至5.43亿年前。这段时期内，地球开始冷却，海洋开始衍化，大陆地壳开始形成；另外，科学家认为，生命是在隐生宙前期诞生的。下面列举了对隐生宙三个时期的解释、它们形成的大约时间和这些时期内主要进化的生物。
冥古宙——45亿至38亿年前，太阳系早期，地球正在形成。
太古宙——38亿至25亿年前，最早的细菌出现。
元古宙——25亿至5.43亿年前，多细胞真核（拥有成型的细胞核）生物，也就是动物出现。
为什么科学家相信隐生宙后期出现了冰河时期？
科学家对在非洲发现的化石进行化学和同位素分析后得出，在7.5亿至5.7亿年前，地球至少经历了四次冰河时期。这些冰河时期气温十分低，使地球变成“雪球行星”。从现有证据推断，一些科学家认为当时的海洋被将近91米的冰层覆盖，而陆地完全处于干旱状态，了无生机。
一些科学家相信，地球向太阳倾斜导致了隐生宙冰河时期。地球现在向太阳倾斜的角度为23.5度，而在冰河时期可能达到了55度。大的倾斜角度意味着极地地区能获得更多的阳光照射，不会冰冻。但是赤道地区较为寒冷，有冰川形成。如果上述属实，隐生宙时期赤道地区冰川的形成和融化，可能生成了足够的动力推动地球轴心到了今天的位置。一些科学家认为这一过程就像在推秋千，在恰当的时间给秋千提供能量使之荡得更高。冰川交替的前进和后撤导致地轴变动到今天的角度。
一些科学家认为，火山正是使雪球行星融化的“英雄”，并导致了后来的物种爆发。当这些地球表面的突起在隐生宙喷发，它们向大气中释放了大量的二氧化碳，当时地球大气的二氧化碳浓度约是现在的350倍。二氧化碳的增长阻碍了地球反射太阳能，使得地球变热，形成了温室效应。气温升高导致被冰覆盖的海洋开始融化，冰河时期结束。
为什么“寒武纪爆发”也叫作“物种进化大爆炸”？
在隐生宙结束之后，大约5.43亿年前（寒武纪期间），地球的海洋中发生了物种进化大爆发。根据寒武纪时期的化石记录，科学家估计在这段时期内，每1200万年动物种类的数量都会翻一番。同样，在这一时期，现代动物种类开始出现在化石记录中。
出于某些原因，新的动物种类以惊人的速度出现，从地质学的角度来说，海洋里充满了生命。没人知道动物大量出现的原因，科学家提出了几种理论，从气候变化至达到自然阈值限定各不相同。例如，一些科学家相信当温度或氧气含量达到一定程度，生物会大量增长。
三叶虫是居住于地球的最成功的生物之一。大约有15000种三叶虫从寒武纪前期存活过了二叠纪。（iStock）
通过着眼于动物体内的共有基因，科学家试图找出可能答案。一项研究表明，一种蠕虫状的动物是全世界大多数动物的祖先，它的基因机制很特殊，使它成功生存到了现在。至少6亿年前，这些基因就开始运转，用来生长各种附件（手臂、腿、爪、鳍、触角）。通过这些附件，动物可以游得更快，抓得更紧，作战更有效。因此，它们最终可以统治地球。
三叶虫是什么？它们存在于何时？
三叶虫是地球上曾经最成功的几种生物之一。对于化石收集者来说，找到三叶虫的化石非常令人喜悦。这些有硬壳的分段动物在海洋中存活了数百万年，而之所以被称为“三叶”，是因为它们的身体包括头、胸、尾三部分。它们是最早的节肢动物，有超过15000种，体积从大约3毫米到70厘米不等。
三叶虫最早出现于寒武纪早期（这一时期被称为“寒武纪爆发”）；泥盆纪时期三叶虫的种类有所增加；志留纪时期它们的数量有所减少（可能因为鲨鱼和其他猎食者的出现）。二叠纪时期之后，它们大量消亡，最终灭绝。尽管它们没有活在恐龙出现的时期，但是科学家仍然惊叹这一物种的韧性和丰富程度。
什么理论可以解释寒武纪爆发的原因？
过去，古生物学者就寒武纪爆发的原因提出过很多种理论。一些人指出是因为埃迪卡拉动物群（Ediacara，已知最早的复杂多细胞有机体生物）的大量灭亡；另一种理论指出，动物视觉的发展改变了捕食者——被食者的动态平衡；还有另一种理论表明有机体体积的增长加快了多样化的进程。
也有一种研究将对进化爆发的责备与赞颂都归结于星球本身。虽然这个理论没有得到广泛认可，但它确实很有意思。5亿多年前，地球地幔内部大量流动的物质本质上使地球失去了平衡，换句话说，颠覆了地球，导致了整个地球表面不得不努力做出调整，重新变得平衡。在“真极漂移”的过程中，古北美洲从靠近南极的地方移动到了赤道区域；冈瓦纳大陆（由南美洲、南极洲、澳大利亚、南亚次大陆、非洲组成）漂移穿过南半球。这一漂移的速度是现在板块正常漂移速度的两倍多。
这一理论的证据来自地球本身。岩石形成时，内部的矿物质自然和星球已存在的磁场相匹配。通过研究矿物质中颗粒的方向，科学家可以判断出古大陆北磁极的相对位置，北磁极总是位于地球自转轴心附近。当科学家用数据确定出古大陆的位置后，他们发现在寒武纪前后相对较短的一段时期内，古大陆进行了大范围移动。数据表明，古北美洲在5.4亿至5.15亿年前移动到了赤道区域，冈瓦纳大陆也在5.35亿至5亿年前有所移动。
什么是古生代、中生代和新生代？
地质年代表上代际间的分界线，代表了地球上的重大变化。5.43亿年前隐生宙和古生代的分界线，代表了地球生命数量的大幅增加。2.5亿年前古生代和中生代的分界线，代表了动植物数量的大幅减少（被称作灭绝）。这一变化也被称作“二叠纪大灭绝”或“大灭绝”，灭绝物种超过了90％。6500万年前，中生代和新生代的分界线，也代表了一次包括恐龙在内的动植物大灭绝。这次灭绝不像大灭绝那样严重，只有50％的物种完全灭绝。
中生代有哪些时期？
中生代通常被称为“爬行动物时代”或“恐龙时代”（虽然直到进入中生代之后，恐龙才开始出现），从大约2.5亿年前持续到了6500万年前。它可以被分为三个纪：三叠纪、侏罗纪以及白垩纪。
地质年代表中有哪些较新的时间时期？
新生代被分为第三纪和第四纪（或人类纪）两个纪。第四纪又可以被分为更新世和全新世：更新世是一个巨型冰川形成、融化的时代；全新世（或称人类纪）开始于约10000年前。
最早的化石
什么是化石？
动植物被保藏于地下且和本体相近的遗骸被叫作化石。这个单词来自拉丁单词fossilis，意思是“被挖出来的东西”。化石的不同类型取决于遗骸和有机体死亡时的状况。化石由有机体坚硬的部分形成，例如牙齿、贝壳、骨骼、木头；也可能完全保留本体的特征，整个有机体被方解石或黄铁矿之类的矿物质取代。除了岩石，动植物也可能被保存在其他物质当中，比如冰、柏油、泥煤、古树的树脂。
从38亿年前的岩石中，人们发现了单细胞生物的化石。而动物化石则首次出现在10亿年的岩石中。化石之所以出现在不寻常的场所，例如南极洲的恐龙化石、西伯利亚草原的鱼化石，是因为构成地壳的大陆板块的运动，或者像冰河时期这样一段时期内的环境变化。对于南极洲出现恐龙化石的最好解释并不是恐龙起源于此，而是南极洲曾是具有很多生命形式的大型大陆的一部分。
化石是怎样形成的？
化石的形成有很多种方式，取决于遗骸的类型和当时的环境状况。总的来说，大多数化石的形成过程基本相同：动物的坚硬部分，例如骨骼、牙齿、贝壳及植物的种子、木质部分被沙子、泥之类的沉淀物掩埋，经过数百万年，随着一层层沉淀物的积累，这些遗骸在土壤中埋藏得越来越深。沉淀物最终变成岩石，而遗骸通过化学作用被矿化，成为一种石头的形态（这些化石种类经常被认为是博物馆中所看到的再造恐龙骨架）。同样的过程也产生了木化石、粪化石（石化的排泄物）、印模化石、石膏化石、铸型化石、遗迹化石。
大多数化石发现于沉积岩中——沙子、泥之类的沉积物逐渐积累而形成了这些岩石。风和其他气象状态冲走了陆地上的沉积物，将沉积物带到水体中。因此，海洋生物化石比陆地生物化石更常见。陆生动植物化石大多被保存在风平浪静的湖泊、河流或河口的沉积物当中。
化石也包含着未改变的原始材料。骨骼、牙齿通常以这种方式留存。然而，完全矿化（也可叫作石化）更易发生，循环的地下水携带的二氧化硅和碳酸钙（有时也可能是黄铁矿之类的其他矿物）填满了骨骼和牙齿的孔隙。这些遗骸本质上是原始骨骼和有机材料的复制品。
有机体转化成化石的可能性有多大？
不是所有的有机体最后都会变成化石，生物体变成化石的概率通常很低。许多有机体会腐烂消失，或被其他动物嚼碎。正因如此，一些科学家推测，尽管生活在地球上的动植物群落有数十亿，但只有很少一部分最后形成了化石。我们找到的化石，只是曾经存在的动植物中很小的一部分。
从周围的岩石中清理出化石，是一项小心翼翼的工作，会消耗上百小时的时间，因为古生物学家不希望破坏花费了数百万年才形成的制品。（iStock）
如果有机体在死后迅速被潮湿的沉积物覆盖，保护腐烂的有机体不会被食肉动物、食腐动物和细菌侵犯，那么有机物将会获得形成化石的最佳机会。有机体中柔软的部分（例如皮肤、细胞膜、组织、器官）迅速腐烂，留下骨骼和牙齿。已发现的大部分化石都可追溯到5亿年以前，这时有机体刚开始长出骨骼和其他坚硬的部分。下面是以恐龙为例的石化步骤，大致显示出了一只恐龙变成化石的困难程度。
食腐和腐烂——恐龙死亡后，食腐者很快就会将恐龙身上的软肉撕去。未被吃掉的部分以或缓或急的速度腐烂，这取决于当时的普遍气候。无论如何，很短的时间内便剩下骨架。但即使是遗留下的坚硬的部分也不会亘古不变。它们往往会被周围的风、水、阳光、化学物质的运动所腐蚀，被磨圆或成为碎片。
地点——如果恐龙骨架所在区域没有发生迅速的掩埋，那么骨架石化的机会十分渺茫。骨骼将会破裂、粉碎，常因河道的改变和洪水的冲刷而被带走。但是，这种移动偶尔会把骨骼运到类似河流沙滩等更易保存的区域，增加其石化机会。
掩埋——化石形成过程中，最重要的步骤便是掩埋。恐龙骨骼被掩埋的速度越快，完好化石的形成概率越大。无论是在移动之前还是移动之后，如果骨骼被泥土或沙子覆盖，便能降低未来损害；另外，越少暴露在氧气中，恐龙骨骼额外的损害越低。然而，骨骼上方沉积物数量增加而带来的压力，或是来自溶解在沉积物中的酸性化学物质，仍然带来一些损害。
石化——第四步就是石化的真正过程。在这一步，化石周围的沉积物由于上层覆盖的沉积层的压力和水分短缺而成为岩石。最终，颗粒联结到一起形成坚硬的结构，我们称之为岩石。当骨骼结构中的空间被方解石（碳酸钙）或者其他含铁矿物质充满时，恐龙骨骼便被石化了；而骨骼的真实矿物质——磷灰石（磷酸钙）可能已经重新结晶了。
曝光——最后，深埋的恐龙骨骼必须在发掘地的表面曝光。这一过程包括含骨骼的沉积岩上升到表面，风和水侵蚀石化的骨架。如果骨骼没有被及时找到，风和水的作用会破坏古老物种的记录。
化石记录中为什么会有缺口？
化石记录中的缺口——根据已知化石得知的“失踪的”代纪和进化时期——大多是侵蚀的结果。地质作用通过风、水和冰的作用侵蚀了岩层和嵌在其中的化石。化石记录中的缺口也可能是由山脉隆起和火山运动导致的，山脉隆起破坏了化石，炙热的岩浆改变了岩石的物理状态，埋葬了化石的迹象。
科学家如何判断化石年龄？
今天有很多种判断化石年龄的方法。大多数方法都是间接的——通过测定化石所在的土壤和岩石的年龄来判断，而不是通过化石自身。判断化石年龄最常用的方法是，通过确定化石存在的岩石层的年龄。许多情况下，岩石的年龄可以通过岩石中所含的其他化石来判定。如果这一方法不能成功，就会用一些其他分析技术来确定岩层的时期。
确定岩石时期的一种基本方法是利用放射能。例如，地球内部的放射能不断地轰炸矿物质中的原子，使困在晶体结构中的电子变得活跃。根据这一理论，科学家使用电子自旋共振热致发光等放射性方法来确定矿物质的年龄。通过测定矿物质中现存活跃电子的数量，和已知相似活跃电子的实际增长速率数据进行比较，可以计算出积累一定数量活跃电子所用的时间。
还有其他可以确定化石年龄的方法。例如，用铀系元素测定法来测定石灰石矿床中的钍-230含量。石灰石矿床形成时含有铀，却几乎没有钍。因为科学家知道铀衰变到钍-230的速率，因此可以通过一个特有的石灰石矿床中的钍-230含量，来计算石灰石矿床的年龄和矿床中化石的年龄。
什么是印模化石和铸型化石？
印模化石和铸型化石是两种化石类型。动植物被掩埋之后经常会腐烂，留下坚硬部分（偶尔也可能是柔软部分）的痕迹在岩石中形成一个中空的模具。如果模具被沉积物填满，就会变硬，形成相应的模铸化石。
什么是遗迹化石？
不是所有的化石都是硬化的骨骼牙齿或者印模化石和铸型化石。有些化石仅仅是某些生物曾经爬行、行走、跳跃、挖掘或是在大地上奔跑过的证据。遗迹化石就是一种生物在沙子或泥土等沉积物中留下的痕迹。例如，小动物在湖泊沉积矿的泥中钻出有分支的隧道来寻找食物；恐龙沿着河岸寻找食物，在柔软的土壤中留下了足迹。和动物坚硬部分形成化石的过程类似，这些足迹和隧道被沉积物填满，之后被多层沉积物埋藏数百万年，最终固化。今天，我们把这种长期活动的结果看成遗迹化石。许多遗迹化石的起源都不可辨认，换句话说，留下的只有遗迹，并没有动物本身的化石。一些最著名的遗迹化石便是在变硬的沉积质中发现的恐龙行迹（例如，在美国弗吉尼亚的卡尔佩珀和科罗拉多的戈尔登附近）和人类足迹（例如，在非洲）。
化石不一定是骨骼。这些鱼化石并不是真实的骨骼，而是将鱼的形状印压在了土壤中。（iStock）
行迹和痕迹不同点在于：行迹通常是清楚的足迹，然而痕迹可能是一种动物在移动的过程当中，拖动脚或其他附加物时留下的。因此，行迹更为特殊，通过有特色的足迹可以辨认出不同的动物，但痕迹很少可以和某种特殊的动物联系起来。
恐龙的遗迹化石可以告诉我们什么？
许多石化的恐龙足迹被称为恐龙的行迹，它表明了很多关于恐龙速度的事实。美国亚利桑那州弗拉格斯塔夫北部纳瓦霍保留区拥有一个行迹遗址。美国自然历史博物馆的巴纳姆·布朗在20世纪30年代首次发现了这个地方，但直到最近，该地才又被重新找到。这个行迹中包括一个恐龙奔跑时留下的痕迹，它的左右足迹间距离约有2.4米宽；从这些印迹中，科学家计算出该恐龙以每小时23.3千米的速度奔跑，是已知跑得最快的恐龙之一。不过，速度最快恐龙的纪录，则由一种侏罗纪食肉动物保持，它在得克萨斯的格伦罗斯留下的行迹中，左右足迹间距离约有5米宽。它的速度经计算得出大约是每小时42.8千米，比最快的人类还要快许多。
恐龙化石
古生物学者如何从化石中鉴别出恐龙的种类？
鉴别恐龙骨化石的一种方法是通过其尺寸判断，因为多数恐龙骨骼都相当巨大。例如，一头成年雷龙（Apatosaurus）的上腿骨或者大腿骨通常超过1.8米长。
但是尺寸这种方法并不一直可用，因为许多恐龙和鸡、猫一样大。科学家甄别恐龙和其他物种的方法是通过其头、尾、臀骨等骨骼构造和方位来判断。另外，恐龙化石经常和一个区域的其他恐龙有联系。许多时候，这些化石代表着从食肉到食草的各种恐龙群，聚集在湖岸或海滨。水滨会吸引众多动植物，因此这些恐龙都会沿着水滨寻找食物。
当然，不是所有的恐龙化石都是用传统方式发现的。1998年，一位业余的化石收集者在看过《侏罗纪公园》这部电影之后，认出了他收集的一块化石（原本认为是一种鸟类）实际上是一头恐龙。这一标本发现于意大利，长24厘米；科学家现在知道这是一头年轻的恐龙［一种叫作棒爪龙（Scipionyx samniticus）的兽脚类肉食恐龙］，刚孵化出来便死去了。恐龙遗体很可能被冲进了缺氧的水中，在那里被迅速地掩埋起来。它身体的许多部分，包括肠、肌肉纤维、类似肝脏部位，都被保留了下来，很可能是已知最重要的化石之一。
恐龙骨骼最早于何时被收集和描述的？
恐龙石化骨骼的发现，可能贯穿了人类历史。但是，很长一段时间内，人们并没有意识到它们是什么。因此，直到相当近的时期，才有了相关的记录和描述。中世纪欧洲便有记录了石化的鲨鱼牙齿和贝壳的参考文献，但是因为当时人们相信上帝创造的动植物不会灭绝，所以他们用其他理由解释了这一事实。例如，许多化石被解释成现代生物的遗体，而不是古代已灭绝的生物；其他的则被认为是长相类似动植物遗体的鹅卵石。
对恐龙描述的首个记录，来自英国牛津大学化学教授罗伯特·普洛（Robert Plot，1640—1696）在1676年出版的书《牛津郡的自然历史》（The Natural History of Oxfordshire）。尽管他正确地认出这是一块巨大骨骼中破碎的一部分，但并没有认出这来自一头恐龙。他引用了神话、历史和《圣经》的来源，认为这属于一个巨型男人或巨型女人。1763年，布鲁克斯（R．Brookes）为了描述一块相同的骨骼碎片的外观，将之命名为“巨人的阴囊”（Scrotumhumanu），但是这一名字没有得到广泛认可和认真对待。基于普洛的说明，现代科学家相信这一骨骼碎片实际上是斑龙（Megalosaurus）股骨的下端。斑龙是一种中侏罗纪时期的肉食恐龙，活动于现在的牛津郡。
1787年，美国物理学家卡斯帕·威斯塔（Caspar Wistar，1761—1818）和蒂莫西·马特拉克（Timothy Matlack，1730—1829，更为出名的身份是美国独立战争时期的政治家和爱国者）在新泽西州发现了一种大型骨化石。尽管他们报道了这一发现，但并未得到重视和证实；这可能是北美洲发现的首个恐龙骨骼。
迄今为止发现的最古老的恐龙化石是什么？
近几年，有很多科学家声称自己发现了最古老的恐龙化石。但迄今发现的最古老的恐龙骨骼，可能是一种长2米的食肉动物，但一些科学家认为，那是另一种爬行动物槽齿龙。这些化石发现于巴西，约有2.35到2.40亿年的历史。
在这之前，人们在阿根廷发现了2.28亿年前的食肉恐龙始盗龙的化石；近期，考古学家又发现三只原蜥蜴的骨骼化石，它们大约生活在2.20亿年前巴西南部的圣玛丽亚。最终，人们宣称最古老的恐龙（或者叫先驱）是来自马达加斯加的原蜥蜴，它们被认为有2.30亿年。人们通过同位素分析得出始盗龙的年龄，通过标准化石即利用周边化石推算出马达加斯加化石的年龄。
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发表于 2019-1-19 13:44:51