首頁 > 環(huán)境演化

環(huán)境演化

時(shí)間 : 2022年10月5日分類 :工程百科

[拼音]：huanjing yanhua

[外文]：evolution of environment

地球環(huán)境由大氣圈、水圈、巖石圈(土壤－巖石圈)和生物圈所組成，在地球史上它們是逐步地，相繼地發(fā)生、發(fā)展和形成的。

地球年齡約為46億年。地球的初始狀態(tài)已被隨后的地質(zhì)變遷所涂抹，很難辨認(rèn)。然而根據(jù)地球上一些惰性氣體含量與其宇宙豐度之比是如此之小，有理由認(rèn)為地球形成時(shí)的氣體大部分已經(jīng)逃逸了。最初的地球不會(huì)有象樣的大氣圈，今日的大氣圈是后來形成的。

最初的地球經(jīng)歷著原子演化過程。地殼內(nèi)部大量放射性元素進(jìn)行裂變和衰變。這個(gè)過程所釋放能量的積聚和迸發(fā)，隕星對(duì)地表的頻繁撞擊，以及可能由于月球被地球捕獲時(shí)而引起的潮汐摩擦力等，都會(huì)導(dǎo)致地殼火山的強(qiáng)烈活動(dòng)，使得被禁錮在地殼內(nèi)部的揮發(fā)性物質(zhì)不斷噴發(fā)出來，形成一個(gè)主要成分有水、一氧化碳(CO)、二氧化碳 (CO₂)和氮等組成的還原大氣圈。水汽冷凝后在低處匯聚成為海洋。

早期的地表環(huán)境沒有氧氣，更沒有臭氧層，這就使得高能紫外線能夠無阻礙地直射地面。50年代以來的一系列人工模擬實(shí)驗(yàn)，證實(shí)在高能紫外線輻射下還原大氣圈的氣體成分可以合成為簡(jiǎn)單的有機(jī)化合物，成為生命發(fā)生的最基本材料。這些非生物合成的有機(jī)小分子在原始海洋匯聚起來，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的過程，逐漸形成生命前體，最后演化為原始生命。

已發(fā)現(xiàn)的最古老的生物化石是原始菌藻類，其年代約為34億年前。最早的生命是異養(yǎng)的，又是厭氧的。它們以原始海洋中有機(jī)分子為養(yǎng)料，依靠無氧的發(fā)酵方式獲得能量。原始海洋供應(yīng)的養(yǎng)料有限，因而一些能合成無機(jī)養(yǎng)分為有機(jī)質(zhì)的自養(yǎng)生物，例如能在光合作用下把水和二氧化碳合成有機(jī)質(zhì)的藍(lán)綠藻出現(xiàn)了（距今約27億年）。綠色植物在光合作用中釋放出游離氧，逐漸改變了大氣的成分。大氣氧的形成是地球環(huán)境演化史上一次最重大的變化。

游離氧的出現(xiàn)，促進(jìn)了生命的進(jìn)化，這就是真核細(xì)胞的出現(xiàn)（距今10～15億年），即在生物進(jìn)化史上出現(xiàn)了有性繁殖和多細(xì)胞的生物。生物更為多樣化。

大氣氧的出現(xiàn)，改變了地球化學(xué)過程和巖石圈的成分。在放氧的光合作用未發(fā)生前，地球表面是缺氧環(huán)境，化學(xué)元素以還原狀態(tài)存在。隨著游離氧的釋放，這些元素從還原態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸瘧B(tài)。例如原來在地表水和海水中大量存在的還原態(tài)鐵（低價(jià)鐵），被氧化為氧化態(tài)的高價(jià)鐵；硫化物被氧化為硫酸鹽。這些氧化物的出現(xiàn)反映在前寒武紀(jì)的古老巖石上。最古老沉積巖中的帶狀鐵質(zhì)夾層（距今18～22億年），稍晚的陸相紅層以及前寒武紀(jì)晚期出現(xiàn)的巨厚硫酸鈣沉積，都證明大氣氧濃度的不斷提高。

與鐵、硫被氧化的同時(shí)，大量還原性碳轉(zhuǎn)化為 CO₂，增加了海水中HCO?A和CO?p的濃度，產(chǎn)生碳酸鹽沉積，形成前寒武紀(jì)晚期的石灰?guī)r和白云巖。到了寒武紀(jì)，含鈣外殼的后生動(dòng)物在海水中大量出現(xiàn)，生物開始直接參與地質(zhì)大循環(huán)。此后，海洋中的碳酸鈣沉積，幾乎都是含鈣有機(jī)體的產(chǎn)物。

隨著大氣氧濃度的增加，在大氣層中形成臭氧層。臭氧層的形成對(duì)生命的保護(hù)有極重大的意義，因?yàn)樗苷跀辔：ι母吣茏贤廨椛洹Ｗ畛跎荒茉谧贤饩€照射不到的水下5～10米深處發(fā)育，隨著臭氧層的保護(hù)能力的不斷提高，生命發(fā)展到水體表層，進(jìn)而由水面發(fā)展到陸地（志留紀(jì)晚期，距今約4.2億年）。

生命在陸上出現(xiàn)，進(jìn)化極為迅速。這是因?yàn)殛懙鼐哂懈鄻拥纳鷳B(tài)環(huán)境，促使生物的分化和變異。生物之間的相互依存、相互制約和相互競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系，也推動(dòng)了生物的進(jìn)化，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也就愈來愈復(fù)雜。

石炭紀(jì)是地球上植物空前繁茂的時(shí)代。大量植物殘?bào)w在沼澤環(huán)境轉(zhuǎn)化為煤層，免于氧化，致使大氣中二氧化碳平衡失調(diào)，削弱了溫室效應(yīng)，引起全球性氣溫降低。古生代晚期出現(xiàn)的大冰期可能與此有關(guān)。

陸上植物的出現(xiàn)，產(chǎn)生了土壤層。土壤是植物與巖石相互作用的產(chǎn)物。土壤的形成使易于淋失的養(yǎng)分在地表上富集起來，從而保證了生物圈的發(fā)展和繁榮。土壤和植物是一個(gè)反饋系統(tǒng)。隨著植物的進(jìn)化，土壤肥力相應(yīng)提高，土壤肥力的提高反過來又促進(jìn)植物的進(jìn)化。在針葉林下發(fā)育的土壤是肥力較低的灰化土，在草本植物下則是肥力很高的黑土。動(dòng)物界的進(jìn)化又同植物界進(jìn)化密切關(guān)聯(lián)。例如隨著有花植物的出現(xiàn)，產(chǎn)生授粉昆蟲(白堊紀(jì))。隨著草本植物的出現(xiàn)，產(chǎn)生有蹄動(dòng)物（第三紀(jì)）?？梢栽O(shè)想，如果沒有營(yíng)養(yǎng)豐富的少數(shù)幾種禾木科、豆科植物，人類的進(jìn)化也是不可能的。

地球環(huán)境在地球歷史上經(jīng)歷了許多次巨大的變動(dòng)。例如因太陽輻射變動(dòng)引起氣候變化，因地殼運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生火山噴發(fā)，造山和造陸運(yùn)動(dòng)，以及大陸漂移。這些變化產(chǎn)生的影響是全球性的。特別是大陸漂移，從根本上改變了全球環(huán)境格局，使海陸分布、大洋盆地、風(fēng)系和洋流都發(fā)生根本性的改變。生物屏障的建立（大陸分離）或打破（大陸連結(jié)），對(duì)生物的地理分布和進(jìn)化都產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。環(huán)境的劇烈變化，使許多生物死亡和滅絕（例如中生代的大型爬行動(dòng)物），幸存的在新環(huán)境下突變?yōu)樾路N。

現(xiàn)代全球環(huán)境的形成大概是在新生代開始的。在中生代中期和晚期，世界大部分地區(qū)都是屬于熱帶和亞熱帶氣候，季節(jié)性變化小。到了新生代，隨著現(xiàn)代山系如阿爾卑斯山和喜馬拉雅山的隆起，發(fā)生世界性的氣候變化。氣候帶形成了，季節(jié)交替顯著了。地球環(huán)境向著更多樣化方向發(fā)展?，F(xiàn)代的全球生態(tài)系統(tǒng)，包括木本和草本的被子植物、哺乳類、鳥類以及種類繁多的昆蟲大約是在第三紀(jì)形成的。這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)過第四紀(jì)的嚴(yán)酷考驗(yàn)基本上穩(wěn)定下來了。

從環(huán)境系統(tǒng)演化歷史來看，生命的發(fā)展對(duì)環(huán)境的進(jìn)化有極重大的作用。生命與環(huán)境是共同進(jìn)化的，永遠(yuǎn)不會(huì)停留在一個(gè)水平上。

隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境演化的影響愈來愈大。例如人類大規(guī)模地毀壞天然植被，消滅野生動(dòng)物，把復(fù)雜的多種多樣的天然生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)楹?jiǎn)單的單一作物和少數(shù)幾種馴養(yǎng)動(dòng)物的人為農(nóng)牧生態(tài)系統(tǒng)。盡管這種轉(zhuǎn)變帶來了一系列生態(tài)問題，但它大大地提高了生產(chǎn)水平，贍養(yǎng)了更多的人口。人類為了獲得發(fā)展和不斷提高生活水平，今后仍將不斷改造自然，改變環(huán)境，但人類必須注意與環(huán)境保持協(xié)調(diào)，在破壞舊平衡的同時(shí)，建立新的平衡，創(chuàng)造一個(gè)新的更為美好的環(huán)境。這就是當(dāng)前環(huán)境科學(xué)研究的核心內(nèi)容。

參考書目